Der Schlangenstern, der mit seinem Körper sieht

Die langen, verschnörkelten Arme eines Schlangensterns – ein Verwandter des Seesterns mit barocken Tendenzen – haben eine überraschende Beziehung zum Rest seines Körpers.

Seine Arme funktionieren mehr oder weniger unabhängig, nehmen ihre eigene Umgebung wahr und treffen ihre eigenen Entscheidungen darüber, wie sie darauf reagieren sollen. Sie werden nur lose durch einen Nervenring im Kern des Tieres koordiniert. Ein einziger Schlangenstern ist fast wie fünf miteinander verbundene Tiere, die ein gemeinsames Interesse daran haben, wohin sie gehen, was sie essen und wie sie kleine Schlangensterne machen.

Und doch scheint es jetzt etwas viel Seltsameres in der Biologie mindestens einer Art zu geben: Der gesamte Körper von Ophiocoma wendtii scheint in der Lage zu sein, ein verschwommenes, aber brauchbares Bild zu formen, wie ein krauses, aber seltsam niedliches Auge von Sauron.

Es wird noch merkwürdiger.

Dieses Ganzkörpersehen erlischt in der Nacht, wenn die Lichtempfindlichkeit des Tieres paradoxerweise zunimmt und sein kastanienbrauner Körper beige wird. Wie und warum dieses Tier diese seltsamen Eigenschaften besitzt, war Gegenstand einer Studie, die im Januar in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht wurde.

Um zu sehen, benötigen Biologen räumliches Sehen. Es reicht nicht aus, nur Licht zu erkennen, man muss auch ein Bild erzeugen. Fast alle Tiere können Licht wahrnehmen. Nur wenige können sehen.

Bisher war es ziemlich offensichtlich, wer sehen konnte und wer nicht, denn entweder hatte ein Lebewesen Augen oder nicht. In jüngster Zeit haben Wirbellosenbiologen jedoch erkannt, dass Augen für das Sehen optional sein können.

Im Jahr 2018 berichteten Wissenschaftler, dass der stachelige Seeigel Diadema africanum offenbar in der Lage ist, Bilder ohne Augen aufzulösen – ein Konzept, das als „extraokulares Sehen“ bezeichnet wird. Sie wussten jedoch nicht, wie.

Dann begann ein Team europäischer und amerikanischer Wissenschaftler unter der Leitung von Lauren Sumner-Rooney am Oxford University Museum of Natural History zu vermuten, dass O. wendtii trotz des auffälligen Fehlens von Augen auch sehen kann.

Sie testeten dies, indem sie die Schlangensterne in die Mitte von Arenen setzten, die von Wänden mit schwarzen Stäben auf einer Seite umgeben waren, um Schutz zu simulieren. Es landeten mehr Schlangensterne bei den schwarzen Stäben, als man zufällig erwarten würde. Die an die Dunkelheit angepassten beigen O.wendtii waren jedoch nicht in der Lage, diese schwarzen Balken in einer Häufigkeit zu finden, die den Zufall übersteigt, unabhängig davon, ob sie mit Leuchtstoffröhren oder Tageslicht versorgt wurden, was die Lichtintensität oder den zirkadianen Rhythmus als Erklärung auszuschließen scheint.

Diese Verhaltenskombination war besonders rätselhaft, da ein naher Verwandter, O. pumila, über die gleiche Ausrüstung zur Lichterkennung verfügt, aber wenn er in denselben Arenen platziert wird, landen diese Tiere zu jeder Tageszeit zufällig verteilt. Sie sind blind.

Das Team wusste jedoch, dass die Körper beider Schlangensterne mit Lichtrezeptoren, den so genannten Opsinen, übersät sind. O. pumila kann zwar nicht sehen, aber er kann Licht wahrnehmen; wenn er dem Licht ausgesetzt ist, versteckt er sich im Sand oder in Felsspalten, genau dort, wo er ist. O. wendtii hingegen flüchtet in den nächsten Unterschlupf. Der einzige offensichtliche Unterschied ist, dass O. pumila nicht rot ist. Welchen Unterschied könnte es für das Sehen machen, rot zu sein?

Um ein Bild erzeugen zu können, braucht ein Lichtrezeptor eine Richtungsbestimmung. Wenn man nicht erkennen kann, aus welcher Richtung das Licht kommt, kann man nicht wirklich viel darüber aussagen, wie die Welt an einem bestimmten Ort aussieht. Folglich ist die erste Voraussetzung für das Sehen nach der Lichtsensorik eine Art Screening-Mechanismus, so dass ein bestimmter Rezeptor weiß, dass das Licht von diesem bestimmten Punkt in dieser Menge eintrifft.

Eine Methode zur Abschirmung des Lichts ist (natürlich) der Sonnenschutz. Pigmente sind ein natürlicher Sonnenschutz, und O. wendtii ist tagsüber mit roten Pigmentpaketen, den Chromatophoren, bedeckt. In der Nacht ziehen sich die Chromatophoren zurück. Als die Wissenschaftler beide Schlangensternarten untersuchten und das Sichtfeld der Lichtsensoren der Tiere maßen, entdeckten sie, dass die Pigmentpakete das Sichtfeld einengen, indem sie das Licht physisch blockieren. Die Winkelöffnung verengt sich bei O. wendtii mit leuchtenden Chromatophoren von etwa 118 Grad auf 68 Grad.

Wenn die Lichtsensoren von O. wendtii gerichtet sind, erklärt das, wie die über den gesamten Körper verteilte Anordnung ein Bild erzeugen konnte. Sein ganzer Körper ist tatsächlich ein Auge. Aber das Bild, das dabei entsteht, könnte für uns äußerst seltsam sein. Ein Schlangenstern ist keine Kugel, wie ein Seeigel. Er besteht aus fünf widerspenstigen Armen, die an einem versöhnlichen Kern befestigt sind. Wie kann sich ein Mensch auch nur ansatzweise vorstellen, wie das Bild aussehen könnte, das durch eine solche Anordnung entsteht?

Die Wissenschaftler versuchten, ein Bild eines Riffs zu rekonstruieren, das sich aus der von ihnen gemessenen Auflösung ergibt. Im besten Fall erscheint ein verschwommener Balken aus dunklem Grau vor einem helleren grauen Hintergrund. Grob, um sicher zu sein, aber vielleicht genug für einen motivierten Schlangenstern, um die alles entscheidende Mindestposition zu erreichen, um nicht gefressen zu werden.

Da Chromatophoren das Licht blockieren, erklärt das auch, warum ihre allgemeine Lichtempfindlichkeit nachts besser ist, was praktisch ist, weil das Sehen dann vielleicht ohnehin unmöglich ist.

Es ist faszinierend, dass Tiere mit einem so seltsamen System zur Wahrnehmung ihrer Welt zu der großen Tiergruppe gehören, die die engsten Verwandten der Wirbeltiere sind. Sehr viel entfernter verwandte Tiere – vor allem die mächtigen Gliederfüßer (z. B. Insekten und Hummer) und Weichtiere (z. B. Kraken und Tintenfische) – haben Augen. Sogar einige Seesterne besitzen richtige Augen: zusammengesetzte Augen, die in ihre Röhrenfüße gequetscht sind, oder einfache Ozellen (der Druck, gut zu sehen, ist bei Seesternen vielleicht größer, weil sie aktive Jäger sind).

Ein solches alternatives Sehsystem nicht nur bei einem, sondern gleich bei zwei so nahen Verwandten zu entdecken (Seeigel gehören wie Schlangensterne zu den Stachelhäutern), scheint überraschend und kontraintuitiv zu sein. Andererseits ist es auch überraschend, dass eine Tiergruppe mit radialer Symmetrie und einer offensichtlichen Gleichgültigkeit gegenüber dem Zerhacken in zwei Hälften der nächste große Verwandte der Wirbeltiere ist, wie bereits mehrfach betont wurde.

Unter den Wirbeltieren haben viele Fische, Amphibien und Reptilien ein drittes Auge, und mindestens eines hatte ein viertes. Plattfische haben Augen, die um ihren Körper wandern. Viele Wirbeltiere – einschließlich der Säugetiere – besitzen neben den Augen auch Lichtrezeptoren. Wenn ein Wirbeltier aus irgendeinem Grund die radiale Symmetrie angenommen hätte, könnten wir dann in unseren eigenen Reihen ebenso überraschende Arten des Sehens sehen?