Vor einigen Jahren begann Anne De Cian, ihren Kindern die verborgenen Wunder der Tierwelt näher zu bringen, unter anderem durch Bärentiere. Die Molekularbiologin sammelte in ihrem Pariser Garten Moosstücke, weichte sie in Wasser ein und legte sie unter das Mikroskop. Seine Kinder schauten durch das Mikroskop und sahen seltsame achtbeinige Lebewesen auf dem Moos herumkrabbeln. "Sie waren ziemlich beeindruckt", sagt der Experte.
Meister des Überlebens
Doch Cian beließ es nicht dabei mit Bärentieren: Er nahm sie auch mit zu seinem Arbeitsplatz, dem Labor des französischen Nationalmuseums für Naturgeschichte, wo er und seine Kollegen sie mit Gammastrahlen beschossen. Die Dosis war hundertmal höher als die, die zum Töten eines Menschen erforderlich ist, doch die Bären überlebten und lebten weiter, als wäre nichts geschehen.
Experten wissen schon seit langem, dass Bären seltsamerweise resistent gegen Strahlung sind, aber De Cian und andere Forscher beginnen erst jetzt, die Geheimnisse ihres Überlebens zu entschlüsseln. Eine kürzlich veröffentlichte Studie über ihre Ergebnisse und eine weitere, die Anfang dieses Jahres veröffentlicht wurde, zeigen, dass Bärenkatzen Meister der molekularen Reparatur sind und sehr schnell die von der Strahlung hinterlassenen DNA-Fragmente wieder zusammensetzen können.
Seit Jahrhunderten versuchen Forscher, das Geheimnis der Widerstandsfähigkeit der Bärentiere zu lüften. Bereits 1776 schrieb der italienische Naturforscher Lazzaro Spallanzani, dass Tiere vollständig austrocknen und dann mit etwas Wasser wiederbelebt werden können.
In den folgenden Jahrhunderten entdeckten Experten, dass die winzigen Tiere enormen Druck, Tiefkühlung und sogar Weltraumreisen aushalten können.
Im Jahr 1963 stellte ein französisches Forscherteam fest, dass Bärtierchen auch starken Röntgenstrahlen standhalten. Und in neueren Studien haben Forscher gezeigt, dass einige Arten Strahlungsdosen aushalten können, die 1.400 Mal höher sind als die, die nötig sind, um einen Menschen zu töten.
Reparatur auf höchster Ebene
Zu viel Strahlung ist tödlich, weil sie DNA-Stränge aufbricht. Wenn hochenergetische Strahlung ein DNA-Molekül erreicht, kann sie es direkt schädigen, aber auch durch Kollisionen mit anderen Molekülen in der Zelle verheerende Folgen haben. Diese veränderten Moleküle können dann ebenfalls die DNA angreifen.
Experten vermuten schon seit einiger Zeit, dass Bärentiere eine Möglichkeit haben könnten, diese Schäden zu verhindern oder rückgängig zu machen. 2016 entdeckten Forscher der Universität Tokio ein Protein namens Dsup, das die Gene der Tiere vor Energiestrahlen und "fehlgeleiteten" Molekülen zu schützen scheint.
Die Experten testeten ihre Hypothese, indem sie Dsup in menschliche Zellen einbrachten und diese mit Röntgenstrahlen beschossen. Die Zellen mit Dsup waren weniger geschädigt als die Zellen der Bärentiere ohne dieses Protein.
Diese Forschung weckte De Cians Interesse an Bärentieren. Zusammen mit Kollegen begann er mit der Untersuchung von Tieren, die er in seinem eigenen Garten gesammelt hatte, sowie mit einer in England vorkommenden Art und einer dritten Art aus der Antarktis. Wie im Januar berichtet wurde, brachten die Gammastrahlen die DNA der Bären durcheinander, töteten sie aber dennoch nicht. Courtney Clark-Hachtel, Biologin an der Universität von Asheville, und Kollegen von der Universität von Asheville fanden unabhängig von dieser Studie heraus, dass die Gene der Bärentiere durch die Strahlung fragmentiert werden. Ihre Studie wurde kürzlich in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Dsup-Protein allein DNA-Schäden nicht verhindert, obwohl es möglich ist, dass die Proteine einen teilweisen Schutz davor bieten. Es ist schwierig, dies mit Sicherheit zu sagen, da die Forscher immer noch damit kämpfen, wie sie verschiedene Experimente mit Bären durchführen können. Zum Beispiel konnten sie noch keine Tiere ohne das Dsup-Gen erzeugen, um zu sehen, wie sie mit der Strahlung zurechtkommen würden. "Wir würden wirklich gerne ein solches Experiment durchführen. Aber was wir mit den Bärentieren machen können, ist noch sehr rudimentär", sagt Jean-Paul Concordet, ein Museumsmitarbeiter bei De Cian.
Schneller Service
Die beiden neuen Studien haben noch einen weiteren Trick der Bärentiere aufgedeckt: Die winzigen Kreaturen können beschädigte DNA sehr schnell reparieren. Nachdem sie einer Strahlung ausgesetzt wurden, nutzen die Zellen der Bärentiere Hunderte von Genen, um neue Proteine zu produzieren. Viele dieser Gene sind Biologen bekannt, weil andere Arten, auch wir, sie zur Reparatur beschädigter DNA verwenden.
Unsere eigenen Zellen reparieren ständig unsere Gene, was dringend notwendig ist, da die DNA-Stränge einer typischen menschlichen Zelle etwa 40 Mal am Tag brechen - und unsere Zellen müssen sie jedes Mal reparieren.
Bärentiere produzieren diese Standard-Reparaturproteine in atemberaubend großen Mengen. "Es schien ziemlich lächerlich", sagt Clark-Hachtel, als er zum ersten Mal das fragliche Aktivitätsniveau maß. Aber Cian und seine Kollegen entdeckten auch, dass Bärentiere, wenn sie Strahlung ausgesetzt sind, eine Reihe von Proteinen produzieren, die bei anderen Tieren nicht vorkommen. Deren Funktion ist den Forschern noch weitgehend ein Rätsel.
Experten haben ein besonders häufig vorkommendes Protein, TRD1, für eine genauere Untersuchung ausgewählt. Wenn es in menschliche Zellen eingeschleust wird, scheint es den Zellen dabei zu helfen, die DNA resistent gegen Schäden zu machen. Concordet glaubt, dass TRD1 in der Lage sein könnte, Chromosomen zu greifen und sie in der richtigen Form zu halten, selbst wenn die Stränge anfangen zu fragmentieren.
Laut Concordet könnte die Untersuchung von Proteinen wie TRD1 nicht nur die Geheimnisse der Resistenz bei Bärentieren lüften, sondern auch neue Ideen für die Behandlung medizinischer Probleme liefern. DNA-Schäden sind unter anderem an einer Reihe von Krebserkrankungen beteiligt, so dass wir hoffentlich von den Tricks der Tiere profitieren können, sagt er.
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Für Concordet ist es immer noch ziemlich bizarr, wie Bärentiere unter solch extremen Bedingungen überleben können. Deshalb ist vor allem die Strahlung überraschend, denn es ist ja nicht so, dass sie in Kernkraftwerken oder mit Uran gefüllten Höhlen leben müssen.
Es ist ein großes Rätsel, sagen Sie, warum diese Organismen überhaupt eine solche Fähigkeit erworben haben. Welchen Vorteil haben sie, oder haben sie ihn sich verschafft?
Der Experte hält es auch für möglich, dass diese Superkraft des Bärentieres rein zufällig ist. Schließlich kann die DNA bei Dehydrierung fragmentieren, so dass es möglich ist, dass die Tiere einfach dieselben Mechanismen zum Strahlenschutz nutzen, die sie von Zeit zu Zeit in den extremen Umgebungen, in denen sie leben, benötigen. Für die winzigen Kreaturen kann selbst der erwähnte Pariser Garten eine extreme Herausforderung sein: Wir können uns nicht vorstellen, wie das Leben auf Moosen sein muss, und auf ihrem Niveau könnte die Verdunstung von Morgentau eine Umweltkatastrophe sein, so Concordet.
