Wenn Sie von einem Borkenskorpion gestochen würden, dem giftigsten Skorpion in Nordamerika, würden Sie so etwas wie den heftigen, schmerzhaften Ruck eines Stromschlags spüren. Momente, nachdem die Kreatur ihren Schwanz umgedreht und Gift in Ihre Haut gespritzt hat, würde der intensive Schmerz durch ein Taubheitsgefühl oder Kribbeln in dem Körperteil, der gestochen wurde, einhergehen und Sie könnten unter Atemnot leiden. Die Wirkung dieses Giftes auf einige Menschen - kleine Kinder, ältere Menschen oder Erwachsene mit geschwächtem Immunsystem - kann sogar Schaumbildung im Mund, anfallsähnliche Symptome, Lähmungen und möglicherweise den Tod auslösen.
Der Stachel des Borkenskorpions kann tödlich sein - aber eines seiner Raubtiere, die Grashüpfer-Maus, ist unempfindlich gegen die Schmerzen und die lähmenden Wirkungen seines Giftes. Foto mit freundlicher Genehmigung von Matthew und Ashlee Rowe
Aufgrund ihrer Körpergröße sollte die vier Zoll lange pelzige Grashüpfer-Maus innerhalb von Minuten nach dem Stechen sterben - dank des Giftes des Skorpions, das eine vorübergehende Lähmung hervorruft, sollten die Muskeln, die der Maus das Atmen ermöglichen, abschalten, was zu Erstickung führen kann - Sie würden also denken, das Nagetier würde den Skorpionen um jeden Preis ausweichen. Aber wenn Sie eine Maus und einen Skorpion an die gleiche Stelle setzen, ist die Reaktion des Nagetiers auffallend dreist.
Bei einem Stich könnte das vier Zoll lange Nagetier einen Moment lang überrascht zurückspringen. Nach einer kurzen Pause wird der Skorpion Stück für Stück verschlungen:
Dieses räuberische Verhalten ist nicht das Ergebnis einer bemerkenswerten Zähigkeit. Wie Wissenschaftler kürzlich herausfanden, hat die Maus eine besonders nützliche Anpassung entwickelt: Sie ist immun gegen die Schmerzen und die paralytischen Effekte, die das Gift des Skorpions so giftig machen.
Obwohl Wissenschaftler lange wussten, dass die Maus, die in den Wüsten des amerikanischen Südwestens beheimatet ist, eine Reihe ungiftiger Skorpione jagt, „hatte noch niemand wirklich gefragt, ob sie wirklich giftige Skorpione angreifen und töten“, sagt Ashlee Rowe aus dem US-Bundesstaat Michigan Universität, die die neue Studie leitete, die heute in Science veröffentlicht wurde .
Zur Untersuchung besuchte Rowe die Wüste in der Nähe der Santa Rita Mountains in Arizona und sammelte eine Reihe von Mäusen und Skorpionen. Als sie und ihre Kollegen in ihrem Labor die beiden Tiere in einem Becken zusammenbrachten, sahen sie, dass die Mäuse die Skorpione mit Begeisterung fraßen und anscheinend unempfindlich gegen ihre giftigen Fäden waren und anschließend keine Anzeichen von Entzündung oder Lähmung zeigten. Sie injizierten das Gift sogar direkt in andere Mausproben, um weiter zu bestätigen, dass es sie physiologisch nicht beeinflusste.
Es stellte sich jedoch die Frage, ob die Mäuse nur immun gegen die lähmenden Wirkungen des Giftes waren oder auch keine Schmerzen infolge eines Stiches verspürten. "Ich würde die Mäuse stechen sehen, und sie würden nur ein wenig pflegen und es abblasen", sagt Rowe. Nachdem sie mit Leuten gesprochen hatte, die gestochen worden waren und gehört hatten, wie sehr es wehtat, stellte sie die Hypothese auf, dass die milden Reaktionen der Mäuse darauf hindeuteten, dass sie gegen die Schmerzen selbst resistent waren.
In Zusammenarbeit mit Yucheng Xiao und Theodore Cummins von der Indiana University untersuchte sie genau die physischen Strukturen, die die sensorischen Neuronen (die externe Reize wie Schmerz transportieren) mit dem zentralen Nervensystem (wo Schmerz auftritt) verbinden. „Es gibt große, lange Neuronen, die sich von den Händen und Füßen bis zum Rückenmark erstrecken, und sie sind dafür verantwortlich, Informationen aus der Umgebung aufzunehmen und an das Gehirn zu senden“, sagt sie.
Unglaublicherweise können die Nervenzellen, die mit der Grenzfläche zwischen diesen beiden Systemen verbunden sind, normal weiterarbeiten, wenn sie aus den Mäusen entfernt wurden, wenn sie richtig konserviert und in einem Medium kultiviert wurden. Infolgedessen konnte ihr Team die Mechanismen untersuchen, die den Signalfluss zwischen den sensorischen Neuronen und dem Rückenmark steuern - Strukturen, die als Ionenkanäle bezeichnet werden - und feststellen, ob die in Grashüpfer-Mäusen vorhandenen Mechanismen anders funktionierten als die in Hausmäusen Skorpiongift ausgesetzt.
Sie fanden heraus, dass das Gift bei Hausmäusen einen als Nav1.7 bekannten Kanal veranlasste, ein Signal weiterzuleiten, was die Wahrnehmung von Schmerz verursachte. Bei Grashüpfer-Mäusen geschah jedoch etwas Unerwartetes: Das Eintreffen von Gift verursachte keine Änderung der Aktivität von Nav1.7, da Proteine, die von einem anderen Ionenkanal, Nav1.8, produziert wurden, an Giftmoleküle gebunden waren und diese nutzlos machten. Tatsächlich bewirkte diese Reaktion eine insgesamt betäubende Wirkung auf das gesamte Schmerzübertragungssystem der Maus, so dass die Tiere vorübergehend nicht in der Lage waren, alle Arten von Schmerz zu empfinden, einschließlich derjenigen, die nichts mit Skorpiongift zu tun hatten.
Die Forscher untersuchten auch die zugrunde liegende Genetik und sequenzierten die Gene, die diesen alternativ strukturierten Ionenkanälen entsprechen, um den spezifischen evolutionären Hintergrund dieser bemerkenswerten Anpassung zu untersuchen. Theoretisch scheinen die Anreize für die Mausspezies, eine Immunität gegen Skorpiongifte zu entwickeln, offensichtlich zu sein: Das nachtaktive Nagetier ernährt sich von allen Arten von Skorpionen. Wenn es also nicht visuell zwischen gutartigen und toxischen Tieren unterscheiden kann, hat es schwerwiegende Konsequenzen, wenn es empfindlich ist zum Gift. "Der Tod ist schließlich ein ziemlich starker Selektionsdruck", stellt Rowe fest.
Andererseits spielt der Schmerz eine entscheidende Rolle in der Evolution, indem er einen Organismus informiert, wenn er in Gefahr ist. Es ist bekannt, dass einige andere Spezies Resistenzen gegen bestimmte Toxine entwickeln (Strumpfbandnattern sind beispielsweise resistent gegen das Toxin, das von rauhäutigen Molchen produziert wird), aber diese Beispiele beinhalten alle Resistenzen gegen Toxine, die töten können, aber tatsächlich keine verursachen Schmerzen.
Die Tatsache, dass Grashüpfer-Mäuse selbst eine Resistenz gegen Schmerzen entwickelt haben, ist neu - und wahrscheinlich das Ergebnis einer Reihe sehr spezifischer evolutionärer Umstände. Ein wichtiger Aspekt ist, dass Rinden-Skorpione einen bedeutenden Anteil an der Ernährung der Maus ausmachen und zu häufigen Wechselwirkungen zwischen den beiden Organismen führen. Laut Rowe „ist der Mechanismus außerdem spezifisch für das Gift selbst, sodass die gesamten Schmerzwege der Maus nicht beeinträchtigt werden.“ Infolgedessen kann die Maus immer noch andere Schmerzquellen erkennen (nur nicht unmittelbar nach dem Erkennen von dem Skorpion gebissen) und wird somit wissen, wenn er mit nicht verwandten schmerzhaften Gefahren konfrontiert ist.
