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Hintergrund: Der Lurch im Mensch

Sie sind die Pioniere des Landlebens: die Lurche oder Amphibien verließen im Devon, vor rund 360 Millionen Jahren, die aquatische Heimat ihrer Vorfahren, der Knochenfische, um neue Habitate zu erobern. Das Klima war trocken und hatte die Entstehung von Flüssen, Seen und flachen Tümpeln begünstigt. Es waren vermutlich paradiesische Zustände: viele, neue Nahrungsquellen, wenig Konkurrenz und vor allem die Abwesenheit gefährlicher Raubfische machten das Land als Lebensraum attraktiv.

Die Amphibien waren die ersten Wirbeltiere, die zumindest zeitweilig auf dem Land leben konnten. Diese Charakteristik kennzeichnet ihren Namen: Das Wort „Amphibion“ kommt aus dem Griechischen und bedeutet „auf beiden Seiten lebend“. Auch die meisten modernen Amphibien, zu denen Frösche und Kröten, Salamander und Molche sowie Blindwühlen gehören, sind sowohl auf Gewässer als auch auf terrestrische Lebensräume angewiesen. Die Haut der Lurche hat keinen ausreichenden Austrocknungsschutz und die Eiablage sowie die Entwicklung der Larven (Kaulquappen) sind, bei den meisten Arten, ans Wasser gebunden. Bevor ein Frosch aus dem Wasser springen kann, durchläuft er verschiedene Stadien: die Kiemen werden durch Lungen ersetzt, Vorder- und Hinterbeine wachsen, der Schwanz bildet sich zurück.

Auch der menschliche Embryo ist erstmal ein Wassertier, seine Entwicklung erinnert an unsere aquatische Herkunft: Die ersten neun Monate verbringt der Mensch in einer mit Fruchtwasser gefüllten Fruchtblase. Die Flüssigkeit ist lebensnotwendig, denn sie schützt den Fötus vor dem Austrocknen und ist eine Art Stoßdämpfer gegen äußerliche Erschütterungen.

(Quelle: Peter Andreas Schmidt)

Der Feuersalamander - erwachsen ein Landtier, aber seine Larven brauchen das Wasser

Luft zum Atmen

Die Fähigkeit Sauerstoff aus der Luft über Lungen einzuatmen, erbten die Amphibien vermutlich von ihren Urahnen, Verwandte der noch heute lebenden Lungenfische. Fossile Funde dieser zur Klasse der Fleischflosser gehörenden Fische zeigen verhältnismäßig einfach gebaute Atmungsorgane, die aus Darmtaschen entstanden sind, - so wie es noch immer bei den modernen Lungenfische zu beobachten ist, deren Lungen am Darm liegen. Ganz ähnlich entwickeln sich auch unsere Lungen, sie bilden sich embryonal als Ausstülpung des Darms.

Neben den primitiven Lungen besitzen die meisten Arten der Lungenfische zusätzlich noch Kiemen, genauso wie auch Kaulquappen beide Atmungsorgane nutzen. An der Oberfläche bekommen sie Luft über die Lungen, unter Wasser verschließen sie diese und atmen über die Kiemen weiter. Da bei der Umstellung von Lungen- auf Kiemenatmung jedoch kein Wasser in die Lungen gelangen darf, muss die Luftröhre sehr schnell verschlossen werden. Dazu reagiert das Nervensystem beim Abtauchen automatisch mit einem Reflex, der sich in einer Art Schluckauf äußert. Auf das Einatmen erfolgt das sofortige Schließen der Glottis, ein Gewebelappen hinten im Rachen, der die Luftröhre abdeckt. Eine weitere Form des Schluckaufartigen Mechanismus löst dann die Kiemenatmung aus. Die Nervenzellen, die für diese Aufgabe verantwortlich sind, finden sich auch beim Menschen und übernehmen gerade bei menschlichen Embryos und Säuglingen eine sehr wichtige Aufgabe. Hier verhindert das Phänomen „Schluckauf“ das unabsichtliche Einatmen von Fruchtwasser oder Muttermilch. Da der Kehlkopf von Ungeborenen und Säuglingen noch nicht vollständig entwickelt ist verhindert der Schluckauf, dass Flüssigkeit in die Lunge gelangt.

Bei Erwachsenen ist der lästige Schluckauf nichts anderes als ein fehlgeleiteter Nervenimpuls ohne Funktion, bei dem sich nach wie vor die Glottis schließt. Als Erklärung sehen Wissenschaftler eine Störung des Nervus phrenicus, der das Zwerchfell innerviert. Ursachen dieses „Fehlalarms“ sind unter anderem Reizungen des Zwerchfells durch kohlensäurehaltige Getränke, scharfes Essen oder Alkoholkonsum.

Auf allen Vieren

Die Vorläufer der ersten Landwirbeltiere erinnern mit ihren paddelförmigen Extremitäten, den Flossenschwänzen und ihrer schuppigen Haut mehr an Fische als an Amphibien. Und tatsächlich belegen Fossilien, dass die Vierfüßigkeit bereits im Wasser entstanden sein muss. Schon die frühen Lungenfische konnten sich mit Hilfe ihrer muskulösen Brust- und Bauchflossen am Gewässerboden kriechend fortbewegen. Wissenschaftler fanden heraus, dass der genetische Bauplan von Lungenfischen die stammesgeschichtliche Basis aller Wirbeltiere ist, sie sind die Vorfahren aller Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere. Aus den Flossen entwickelten sich in vielen kleinen Schritten unsere Beine. Die Verwandlung vom Fisch zum Amphib war ein langer Weg, der bis zu 14 Millionen Jahren dauerte. Gehversuche auf einem mit Wasserpflanzen bewachsenen schlammigen Untergrund machten Arten, wie der Ur-Lurch Acanthostega mit vier beinartigen Extremitäten, die den fleischigen Flossen der Lungenfische ähnelten. Seine Gliedmaßen verfügten bereits über Hand- und Fußgelenke mit strahlenförmig angeordneten Fingern und Zehen. Für ein Leben auf dem Land war der Tetrapode (Vierfüßer) allerdings nicht reif: sein Körper war viel zu schwer und er besaß ausschließlich Kiemen.

Zu den ältesten bekannten Tetrapoden, die zumindest zeitweise auf dem Trockenen leben konnten, gehört Ichthyostega. Seine ungefähr 380 Millionen Jahre alten versteinerten Knochen wurden in Grönland gefunden. Der etwa ein Meter lange Riesenlurch besaß Lungen, einen muskulösen Körperbau und stand auf kräftigen Beinen. Ohne den Auftrieb durch das Wasser müssen Landbewohner der Erdanziehung in besonderem Maße standhalten. So sind eine verstärkte Wirbelsäule, eine kräftige Skelettmuskulatur sowie stabile Extremitäten zum Tragen des Körpergewichts eine wichtige Voraussetzung für das Landleben. Im Laufe der Evolution wurden die Schulter- sowie Beckenknochen der Lurche stärker, die Muskeln der Gliedmaßen ausdauernder, so dass sie sich immer besser auf dem Trockenen fortbewegen konnten. Bis heute jedoch haben Amphibien einen reduzierten Knochenbau, den meisten fehlen etwa echte Rippen, die die Organe umschließen und schützen.