1907 beschrieb die New York Times ein Experiment, in dem der Arzt Duncan MacDougall versuchte, den Moment des Todes bei sechs menschlichen Probanden zu quantifizieren, indem er den Abgang ihrer Seelen abwog. "DR. MacDougalls Ziel war es, herauszufinden, ob mit dem Verlassen des Körpers durch die Seele irgendeine Manifestation einhergeht, die mit irgendwelchen physischen Mitteln aufgezeichnet werden kann “, schrieb die Times . Obwohl MacDougalls Schlussfolgerungen, dass die Seele 21 Gramm wiegt, später für zweifelhafte Methoden diskreditiert wurden, ist die Quantifizierung der Art und Weise, wie der Tod eintritt und wie das Leben abläuft, sowohl für Wissenschaftler als auch für die Öffentlichkeit verwirrend.
In den Jahren, seit MacDougall seine falschen Schlussfolgerungen bekannt gab, haben Forscher die Methode des individuellen Zelltods verstanden. Apoptose oder programmierter Zelltod fordert jeden Tag 50 bis 70 Milliarden Zellen im erwachsenen menschlichen Körper, während Nekrose oder vorzeitiger Zelltod auftritt, wenn Zellen tödlich verletzt werden. Wie der Tod irgendwann einen ganzen Organismus erfasst, bleibt jedoch unklar.
Jetzt hat ein internationales Forscherteam Hinweise auf eine „Todeskaskade“ gefunden, die sich über einen speziellen Nekroseweg durch den Körper eines Tieres ausbreitet und in seiner Prozession tote Zellen zurücklässt, bis das gesamte System zusammenbricht und abläuft. Bei dem Spulwurm Caenorhabditis elegans entsteht diese Welle der körperlichen Zerstörung im Darm und wird von einem intensiven Ausbruch blauer Fluoreszenz begleitet, wenn sie mit einer Kamera betrachtet wird, die mit einer Fluoreszenz hoher Helligkeit ausgestattet ist Filterwürfel, der es den Forschern ermöglichte, die Zerstörung des Wurms zu visualisieren, berichtet das Team in der Fachzeitschrift PLoS Biology .
"Wir haben die chemischen Wege der Selbstzerstörung identifiziert, die den Zelltod in Würmern auslösen. Wir sehen dies als blau leuchtende Fluoreszenz, die durch den Körper wandert", sagte der leitende Autor David Gems vom University College London in einer Pressemitteilung. "Es ist wie mit einem blauen Sensenmann, der den Tod verfolgt, während er sich im gesamten Organismus ausbreitet, bis alles Leben ausgelöscht ist."
Tatsächlich wissen Wissenschaftler seit Jahren, dass C. elegans - eine Art von Nematode, ihr offizielles taxonomisches Phylum - dieses unheimliche Blau leuchtet, aber sie waren verblüfft sein Grund. Eine führende Hypothese war, dass das blaue Leuchten auf beschädigte Lipide und Proteine (eine Substanz namens Lipofuscin) zurückzuführen sein kann, die unter UV-Licht leuchten und mit dem Altern zusammenhängen. In der aktuellen Studie testete das Forscherteam diese Hypothese, indem es einige der C. elegans- Zellen durch Hitze und erhöhte Sauerstoffwerte beschädigte, was zu erhöhten Lipofuscinwerten geführt hätte, wenn dieses Material tatsächlich für das Leuchten verantwortlich gewesen wäre. Es ergab sich jedoch keine neue blaue Fluoreszenz, was darauf hindeutet, dass etwas anderes den Schein trieb.
Ein gesunder C. elegans . Foto von Bob Goldstein, UNC Chapel Hill
Um die wahre Ursache des Glühens herauszufinden, richtete das Team eine Zeitrafferaufnahme ein, um alternde C. elegans aufzuzeichnen, als sie sich dem Tod näherten. Als die Tiere aufhörten zu wackeln - was darauf hindeutet, dass sie ungefähr zwei Stunden vor dem Tod waren - bemerkte das Team einen „auffälligen und plötzlichen“ Anstieg der blauen Fluoreszenz um 400 Prozent. Die blaue Welle hat ihren Ursprung im Darm, der sich über die Länge des Wurms erstreckt, und breitet dann ihre toxische Wirkung auf andere Gewebe aus. Das Leuchten verblasste ungefähr 6 Stunden nach dem Tod.
Das gleiche Leuchten trat auf, wenn die Würmer absichtlich durch Hitze, Krankheit oder Gefrieren getötet wurden und sowohl bei jungen als auch bei alten Würmern Todeskämpfe erlebten. Das Team definierte die blaue Fluoreszenz chemisch als verursacht durch a Anthranilsäure genanntes Molekül, und sie nannten das Phänomen „Todesfluoreszenz“. Als die Würmer zu sterben beginnen, platzen Organellen im Darm der Würmer und Anthranilsäure wird freigesetzt. Obwohl sich die Anthranilsäure einmal in der Organelle konzentriert hat, diffundiert sie durch den Körper des Wurms. Die weniger sauren Bedingungen in der neuen Umgebung des Moleküls verleihen dem Stoff seine fluoreszierenden Eigenschaften. Mit dem Filterwürfel betrachtet kann das einfallende Licht nun die Moleküle anregen und den Fluoreszenzausbruch auslösen, wie das Team experimentell ermittelte.
Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass die Todesfluoreszenz von einer Nekrose-Kaskade herrührt, die vorwiegend von Calciumionen getrieben wird, die den Zellen signalisieren, dass sie nicht mehr funktionieren. Wenn die Forscher den Transport dieser Chemikalie durch den Körper des Wurms unter Verwendung von Bindungsproteinen und manipulierten Nematoden mit speziellen Mutationen, die Signalmoleküle blockierten, abschalteten, konnten sie die Todesfluoreszenz verringern und den Tod teilweise aufgrund von Infektionen und Gefrieren verzögern. Als sie versuchten, diesen Weg zu blockieren, während die Würmer im Alter zu Tode kamen, konnten sie das Unvermeidliche jedoch nicht bremsen. "Dies deutet darauf hin, dass Altern durch eine Reihe von Prozessen, die parallel ablaufen, zum Tod führt", sagte Gems.
Die Forschung legt jedoch nahe, dass der Tod, zumindest bei diesen Würmern, eng mit dem Darm verbunden ist. Es bleiben jedoch noch Fragen offen: Werden die Verdauungssysteme dieser Würmer durch Einfrieren und Infektionen angegriffen, und durch die Blockierung der Kalziumsignale bleibt der Darm intakt und der Wurm überlebt? Fallen bei einem Tod im Alter zuerst andere Systeme aus, was zu einer eventuellen Abschaltung des Verdauungssystems führt und die Todesfluoreszenz auslöst? Die Beantwortung dieser Fragen erfordert natürlich weitere Nachforschungen.
Außerdem, weil Säugetiere und C. elegans weisen ähnliche nekrotische Wege auf. Die Autoren der Studie gehen davon aus, dass die Untersuchung von Nematoden zu Einsichten darüber führen kann, wie der Tod bei anderen Tieren seine Geschäftstätigkeit ausübt, und möglicherweise sogar Wege aufzeigt, um diesen Prozess zu verzögern. Die Autoren schreiben:
Hier gibt es potenzielle Parallelen beim Altern des Menschen: Schätzungen der wahrscheinlichen Obergrenzen der menschlichen Lebenserwartung haben ergeben, dass die Beseitigung einer großen altersbedingten Krankheit (z. B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs) nur eine geringe Verlängerung der Lebensdauer zur Folge hätte. Dies liegt daran, dass mehrere Pathologien parallel wirken, um die altersbedingte Mortalität zu erhöhen.
"Zusammengenommen werfen die Ergebnisse Zweifel an der Theorie auf, dass Altern einfach eine Folge einer Anhäufung molekularer Schäden ist", schloss Gems. "Wir müssen uns auf die biologischen Ereignisse konzentrieren, die während des Alterns und des Todes auftreten, um richtig zu verstehen, wie wir diese Prozesse unterbrechen können."
