Haarzellen bei Tintenfischen am gesamten Körper entdeckt – Hinweise auf menschlichen Hörverlust

Tintenfische sind seit Langem dafür bekannt, dass sie Cluster mikroskopisch kleiner Sinneszellen an Kopf und Armen tragen – Strukturen, die verblüffend jenen Haarzellen ähneln, die tief im menschlichen Ohr sitzen. Was Forschende der Case Western Reserve University nun herausgefunden haben, ist, dass diese Zellen keineswegs auf diese Regionen beschränkt sind. Die Tiere besitzen hunderte mehr von ihnen, verteilt über die gesamte Körperoberfläche, so eine Studie in der aktuellen Ausgabe von Current Biology.

Die Arbeit stellt die erste Ganzkörper-Kartierung der Seitenlinien von Tintenfischen dar – jener Sinnesarrays, die aus Haarzellen aufgebaut sind – und könnte Wissenschaftlern einen neuen Weg eröffnen, zu untersuchen, wie Hören funktioniert und wie es beim Menschen versagt.

Ein Sinnessystem, das das ganze Tier bedeckt

Haarzellen sind spezialisierte Zellen, die von Bündeln winziger, haarähnlicher Fortsätze gekrönt werden. Werden diese Bündel durch Bewegung ausgelenkt, reagiert die Zelle und wandelt einen mechanischen Reiz in ein biologisches Signal um. Dieser grundlegende Mechanismus liegt einer Vielzahl sensorischer Fähigkeiten im Tierreich zugrunde, und beim Menschen ist er der Ausgangspunkt für jeden Laut, den wir wahrnehmen.

Bei Tintenfischen waren die Zellen zuvor an Kopf und Armen dokumentiert worden. Das Team der Case Western Reserve entdeckte, dass derselbe Zelltyp auch die Körperoberfläche auskleidet und damit hunderte weitere zur bekannten Population hinzufügt. Laut Brian McDermott, außerordentlicher Professor an der Case Western Reserve School of Medicine und Leiter des Forschungsteams, sind Tintenfische Kopffüßer mit einer vielfältigen Population von Haarzellen auf der Oberfläche ihres Körpers. Diese Population, so sagte er, könne nicht nur Einblicke liefern, wie diese Tiere Wasserbewegungen wahrnehmen, um zu überleben, sondern auch, wie Hören und Taubheit beim Menschen entstehen.

Die dreidimensionale Kartierung der Seitenlinien ist die erste ihrer Art bei Tintenfischen und ordnet ein Tier, das üblicherweise wegen seines Nervensystems und seiner Tarnfähigkeiten untersucht wird, zugleich als potenzielles Modell für die Sinnesbiologie neu ein.

Einen ganzen Körper abbilden, ohne ihn zu zerstören

Um die Zellen zu finden, war eine Technik nötig, die Gewebe durchdringen kann, ohne es auseinanderzureißen. Das Team setzte auf Lichtblattmikroskopie, ein hochmodernes Bildgebungsverfahren, bei dem ein Laser ein dünnes Lichtblatt erzeugt. Statt eine gesamte Probe auf einmal zu beleuchten, erhellt das Blatt jeweils eine einzelne Ebene, und der resultierende Stapel von Bildern lässt sich zu detaillierten dreidimensionalen Rekonstruktionen zusammensetzen.

Da zu jedem Zeitpunkt nur ein schmaler Gewebeschnitt dem Licht ausgesetzt wird, minimiert der Ansatz zudem Schäden an der Probe – ein entscheidender Vorteil, wenn das Ziel darin besteht, empfindliche Strukturen über einen gesamten Organismus statt in einer einzelnen präparierten Region zu erfassen. Eine Studie, die Zellen von Kopf bis Schwanz katalogisieren muss, wäre mit Methoden, die das Gewebe während des Vorgangs schädigen, kaum abzuschließen.

Ein Teil der Forschung fand am Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts, im Rahmen eines dreijährigen Fellowship-Programms statt, das sich damit befasst, wie Tintenfische hören. Carsten Wolff, stellvertretender Direktor des Imaging Service und Imaging Scholar am MBL, arbeitete mit der Gruppe der Case Western Reserve zusammen. Zum Team gehörten auch Doktoranden und Studierende der Universität.

Die im menschlichen Ohr verborgenen Haarzellen

Der Vergleich mit dem menschlichen Hören ist nicht beiläufig. Wenn Schallschwingungen ins Ohr gelangen, wandern sie zur Cochlea, einem schneckenförmigen Organ im Innenohr, das mit tausenden Haarzellen ausgekleidet ist. Jede dieser Zellen trägt ein Bündel winziger, haarähnlicher Strukturen, die auf die eintreffenden Schwingungen reagieren und die Signale auslösen, die das Gehirn als Klang interpretiert.

Diese menschlichen Zellen sitzen tief im Schädel, von Knochen umschlossen und schwer zugänglich. Die Zellen der Tintenfische, die das Team der Case Western Reserve abbildete, sitzen auf der Außenseite des Körpers und sind über die Oberfläche des Tieres hinweg sichtbar. Dieser Kontrast ist zentral für die Verheißung der Studie: Die Forschenden legen nahe, dass die Entdeckung ein beispielloses Fenster dafür öffnen könnte, wie Menschen ihr Gehör nutzen und wie sie es verlieren. Ein Zelltyp, der bei einer Art schwer zu sehen ist, erweist sich bei einer anderen als frei sichtbar ausgelegt.

Warum ein Meerestier für die Hörforschung wichtig ist

Für Tintenfische sind Haarzellen ein Überlebenswerkzeug. Die Seitenlinien-Arrays erfassen Wasserbewegungen und helfen den Tieren, ihre Umgebung wahrzunehmen, während sie durch den Ozean ziehen, Beute finden und Gefahren meiden. Weil diese Arrays über die Körperoberfläche verteilt sind, lassen sie sich auf Arten erfassen und untersuchen, die beim menschlichen Innenohr nicht möglich sind.

Genau diese Zugänglichkeit macht den Befund weit über die Meeresbiologie hinaus relevant. Indem Forschende kartieren, wo die Zellen sitzen und wie sie zu Arrays organisiert sind, gewinnen sie ein Referenzsystem, um zu fragen, wie Bündel von Haarzellen entstehen, wie sie relativ zueinander angeordnet sind und was geschieht, wenn diese Strukturen gestört werden. Diese Fragen liegen ganz nah am Kern dessen, worüber die Tintenfisch-Studie Aufschluss geben soll: zu verstehen, wie Hören und Taubheit beim Menschen entstehen.

• Die Studie dokumentiert Haarzellen über die gesamte Körperoberfläche von Tintenfischen, nicht nur an Kopf und Armen.
• Sie liefert die erste vollständige Kartierung der Seitenlinien von Tintenfischen, jener Arrays, die diese Zellen bilden.
• Die Lichtblattmikroskopie ermöglichte die Ganzkörper-Untersuchung, indem sie Ebene für Ebene in drei Dimensionen abbildete.
• Das erklärte Ziel des Teams ist es, Tintenfische als Fenster zum menschlichen Hören und zur Taubheit zu nutzen.

Offene Fragen und nächste Schritte

Die Ganzkörper-Karte wirft ebenso viele Fragen auf, wie sie beantwortet. Wie die neu gefundenen Zellen entlang des Körpers im Alltag der Tintenfische funktionieren und wie sie mit den dichteren Arrays an Kopf und Armen zusammenhängen, ist noch zu klären. Das dreijährige Fellowship-Programm, das die Arbeit unterstützte, war genau darauf ausgelegt, zu untersuchen, wie Tintenfische hören, sodass die Bildgebungsstudie wahrscheinlich als Grundlage für nachfolgende funktionelle Untersuchungen dienen wird.

Ebenso bleibt offen, wie breit das Muster gilt. Der Befund des Teams ist spezifisch für Tintenfische, und um ihn in allgemeine Prinzipien der Haarzellorganisation bei Kopffüßern zu übersetzen, wären ähnliche Erhebungen bei anderen Arten nötig. Die hier verwendeten Methoden machen solche Vergleiche jedoch weit machbarer als zuvor.

Vorerst ist der Beitrag der Studie ein struktureller: eine detaillierte, dreidimensionale Bestandsaufnahme darüber, wo diese Sinneszellen liegen – bei einem Tier, dessen Körperbau sie ungewöhnlich sichtbar macht. Ob diese Sichtbarkeit in Antworten über das menschliche Hören mündet, wird davon abhängen, was Forschende als Nächstes lernen, doch die Entdeckung übergibt ihnen einen weit größeren Satz an Zellen zur Untersuchung, als irgendjemand zu finden erwartet hatte.

Dieser Artikel basiert auf einer Berichterstattung von Phys.org. Originalartikel lesen.