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Freitag, 30.09.2016
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Oktopus "sieht" auch mit der Haut

Lichtempfindliche Zellen der Haut funktionieren nach demselben Mechanismus wie im Auge

Sehen ohne Augen: Oktopusse nehmen auch mit der Haut Licht wahr und reagieren darauf. US-Biologen haben herausgefunden, dass die Tiere dazu dieselben Pigmente verwenden, die auch im Auge vorkommen. Wie die Tiere diesen Mechanismus in ihre beeindruckende Fähigkeit zur Tarnung integrieren, beschreiben die Forscher im "Journal of Experimental Biology".
An Tieren wie diesem frisch geschlüpften Kalifornischen Zweipunktkraken entdeckten Meeresbiologen die lichtempfindliche Haut.

An Tieren wie diesem frisch geschlüpften Kalifornischen Zweipunktkraken entdeckten Meeresbiologen die lichtempfindliche Haut.

Der Oktopus hat eine einzigartige Fähigkeit: Er kann nicht nur die Farbe und das Muster seiner Haut verändern, sondern auch deren Textur. Einerseits passen die Tiere sich so perfekt ihrer Umgebung an um sich zu tarnen. Die hochintelligenten Kopffüßer kommunizieren jedoch auch untereinander über diese Farbwechsel. Ihre außergewöhnliche Vielseitigkeit erhalten die Oktopusse durch sogenannte Chromatophore. Diese pigmentierten Organe in der Haut reagieren auf Signale aus Augen und Gehirn des Tieres und dehnen sich aus oder ziehen sich zusammen, um das Erscheinungsbild der Haut zu verändern.

Haut "sieht" Helligkeit, aber keine Kontraste


Meeresbiologen um Desmond Ramirez von der University of California in Santa Barbara (UCSB) haben nun entdeckt, dass der Oktopus nicht völlig auf seine Augen angewiesen ist: Richteten die Biologen einen weißen Lichtstrahl auf die Haut eines Oktopus, so dehnten sich die Chromatophore an der beleuchteten Stelle aus und wechselten die Farbe. Ging das Licht aus, so nahmen sie wieder die ursprüngliche Erscheinung an.

Ramirez geht davon aus, dass die Chromatophore mit Lichtsensoren in der Haut verknüpft sind. Daher reagieren sie auch ohne Signale aus dem zentralen Nervensystem des Tieres, wenn Licht darauf fällt. Allerdings sind diese Sensoren kein Ersatz für die Augen: "Die Oktopus-Haut nimmt das Licht nicht mit derselben Detailgenauigkeit wahr, wie wenn das Tier seine Augen und sein Gehirn benutzt", sagt Ramirez. Stattdessen "sieht" die Haut Helligkeitsunterschiede, aber keine Formen oder Kontraste.


Chromophore in der Haut eines Oktopus im zusammengezogenen Zustand bei Beleuchtung (A) und im entspannten Zustand (B).

Chromophore in der Haut eines Oktopus im zusammengezogenen Zustand bei Beleuchtung (A) und im entspannten Zustand (B).

Derselbe Farbstoff wie im Auge


In Folgeexperimenten wollten die Forscher genauer wissen, wie die lichtempfindliche Haut funktioniert. Darum beleuchteten sie die Haut zunächst mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen, von violett bis Orange. Dabei zeigte sich, dass die Chromatophore auf blaues Licht am schnellsten reagieren.

Ein noch genaueres Bild der Funktionsweise lieferten schließlich molekularbiologische Untersuchungen der Haut. In Sensor-Zellen an der Hautoberfläche fanden die Forscher das Pigment Rhodopsin. Dieser Farbstoff kommt normalerweise im Auge vor, nicht nur beim Oktopus, sondern auch beim Menschen. Dort reagiert Rhodopsin ebenfalls auf Licht und ist ein entscheidender Bestandteil in der Signalaufnahme und –Weiterleitung im Auge.

Neukombination statt Neuentwicklung


Die Wissenschaftler sind beeindruckt von diesem Schritt der Evolution: "Es sieht aus, als ob der schon seit einiger Zeit im Auge existierende zelluläre Mechanismus zur Lichtwahrnehmung als Lichtsensor mit in die Haut integriert wurde", beschreibt Koautor Todd Oakley von der UCSB. Anstatt einen neuen Mechanismus zu entwickeln, kombinieren die Tiere bereits vorhandene Elemente in neuer Art und Weise.

Oktopusse sind nicht die einzigen Weichtiere, deren Haut Licht wahrnehmen kann. Von anderen Exemplaren ist allerdings noch nicht bekannt, ob deren Haut ebenfalls Rhodopsin oder damit verwandte lichtempfindliche Pigmente enthält. Für Ramirez ist daher auch hochinteressant, ob und wie diese Tiere miteinander verwandt sind: "Stammen sie alle von denselben Vorfahren ab, oder haben sie sich unabhängig voneinander entwickelt?", fragt sich der Biologe. Weitere Experimente sollen diese Frage bald beantworten. (Journal of Experimental Biology, 2015; doi: 10.1242/jeb.124438)
(University of California - Santa Barbara, 21.05.2015 - AKR)
 
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