Moschusschildkröten atmen unter Wasser mit Papillen - funktionell mit Kiemen vergleichbare Strukturen im Mund- und Rachenraum der Tiere. Egon Heiss schildert den glücklichen Zufall, dem sein Team diese neue Erkenntnis um "den Fisch in der Schildkröte" verdankt: "Ausgangspunkt war eine Untersuchung über das Fressverhalten der Moschusschildkröte, für die wir eine genaue anatomische Beschreibung des Mund- und Rachenraums vornahmen. Dabei sind wir auf die lappenförmigen Oberflächenstrukturen - so genannte Papillen - gestoßen, die bei der Moschusschildkröte besonders ausgeprägt sind." Noch war ihre Funktion ein Rätsel, denn auch andere, nicht unter Wasser atmende Schildkrötenarten verfügen über oberflächenvergrößernde Ausstülpungen.
Mahlzeit unter Wasser
Meeresschildkröten beispielsweise brauchen diese Strukturen für die Nahrungsaufnahme: Quallen, eine gern verspeiste Beute, werden dank - in Richtung Schlund gerichteter - Papillen leichter im Maul gehalten. Im Leben der Moschusschildkröte spielt die Quallenjagd aber keine Rolle. Ihre Heimat sind die Süßgewässer Nordamerikas, wo sie mit Vorliebe Schnecken verzehrt. Einmal in den Fängen der Schildkröte - die Beute wird blitzschnell eingesaugt - erübrigen sich jegliche Fluchtversuche.
An Land können Moschusschildkröten nicht fressen: "Bei der terrestrischen Nahrungsaufnahme sind Zungenpapillen hilfreich. Wir haben uns daher angeschaut, ob diese Wasserschildkrötenart an Land Nahrung zu sich nehmen kann. Tut sie nicht: Zwar schnappt die Schildkröte auch im Trockenen nach der Beute, schafft es aber nicht, sie in den Schlund zu transportieren. Das ist nur unter Wasser möglich."
Kein Atmen über die Haut
"Mit der Nahrungsaufnahme konnten diese großen, verzweigten Papillen also nicht in Zusammenhang gebracht werden", fährt Heiss fort: "Wir wandten uns daher dem Atmen zu." Dass die Moschusschildkröte sehr lange unter Wasser bleiben kann, war schon länger bekannt - eine nützliche Fähigkeit für das Überleben im Norden, wo stehende Gewässer im Winter monatelang eine dicke Eisdecke tragen.
Man glaubte jedoch bisher, der Gasaustausch - Sauerstoff aufnehmen, Kohlendioxid abgeben - funktioniere über die Haut. Seeschlangen, viele Amphibien und auch Weichschildkröten "atmen" auf diese Weise. "Dank konventioneller und neuer Technologien konnten wir überprüfen, ob diese Theorie wirklich auch auf die Moschusschildkröte zutrifft - und mussten sie letztendlich verwerfen: Die Haut des Tiers ist dick, verhornt und es finden sich wenige Gefäße darunter. Atmen kann sie damit nicht", erklärt der Zoologe.
Papillen unter dem Mikroskop
Anders die Papillen: Sie sind von zahlreichen Blutgefäßen durchzogen. Die Forscher arbeiteten mit sehr dünn geschnittenem Gewebe, das sie aus dem Museum beziehen und von dem sie unter dem Lichtmikroskop digitale Aufnahmen erstellten. Zur Verwendung kam außerdem ein Rasterelektronenmikroskop, das bemerkenswert hohe Vergrößerungen der Oberflächenstrukturen lieferte. Heiss erläutert: "Die Aufnahmen zeigen, wie präsent diese Papillen sind. Sie sind verhältnismäßig groß, verzweigt und in hoher Zahl vorzufinden. Und sie werden perfekt durchspült, da die Schildkröten ihren Rachenraum regelmäßig mit frischem Wasser versorgen. Es steht fest, dass diese Tiere etwas Ähnliches wie Kiemen entwickelt haben."
Eine ungewöhnliche Schildkröte
Die Moschusschildkröte ist in vielerlei Hinsicht besonders: Sie ist eine der kleinsten Schildkrötenarten, ihr Aussehen ähnelt - obwohl Wasserschildkröte - den Landschildkröten, sie ist in der Lage, unter Wasser zu atmen und schreckt ihre Feinde mit einem stark riechenden Sekret ab, das sie produziert. Eine gefährdete Spezies ist sie nicht, meint Heiss: "Schildkröten, die solche zusätzlichen Fähigkeiten entwickelt haben, scheinen einen beachtlichen ökologischen Vorteil zu haben. Die meisten Arten finden wir in Familien - es gibt 13 Familien von Schildkröten -, die entweder unter Wasser atmen können oder zum Fressen an Land und im Wasser bzw. nur an Land imstande sind."
Es kreucht und fleucht ...
Am Arbeitsplatz des Biologen sind nicht nur sich fleißig fortpflanzende Moschusschildkröten daheim, sondern eine Vielzahl internationaler BewohnerInnen - allesamt mit kuriosen Besonderheiten ausgestattet: Der spanische Rippenmolch verteidigt sich, indem er seine Rippen durch die Haut stößt, die junge asiatische Riesenschildkröte wird erst in drei Jahrzehnten ihre volle Größe erreicht haben, und der mexikanische Schwanzlurch bleibt dauerhaft eine Larve. Egon Heiss haben es ganz offensichtlich die Panzertiere angetan: "Schildkröten gibt es seit rund 220 Millionen Jahre. Sie sind die ältesten Landwirbeltiere und bestehen immer noch. Das ist einfach faszinierend." (dh)
Mag. Egon Heiss forscht in der Arbeitsgruppe von Ao. Univ.-Prof. Dr. Josef Weisgram am Department für Theoretische Biologie der Fakultät für Lebenswissenschaften.
Publikation:
Egon Heiss, Nikolay Natchev, Christian Beisser, Patrick Lemell, Josef Weisgram: The Fish in the Turtle: On the Functionality of the Oropharynx in the Common Musk Turtle Sternotherus odoratus (Chelonia, Kinosternidae) Concerning Feeding and Underwater Respiration. Journal: The Anatomical Record. 17. Mai 2010.
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