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Delfine und Wale verbringen ihr gesamtes Leben im Ozean und müssen für jeden Atemzug an die Wasseroberfläche kommen. Die Lage ihrer «Nase», das Blasloch, an der Kopfoberseite erlaubt ihnen dabei während des manchmal nur kurzen Auftauchens einen effizienten Austausch der Atemluft. Doch wie kommt eigentlich das Blasloch der Wale und Delfine oben auf den Kopf? Diese Frage stellten sich auch zwei Wissenschaftlerinnen von der University of Washington und der Duke University. In ihrer Studie, die kürzlich im Journal of Anatomy erschien, haben sie eine Antwort darauf gefunden.
Wale und Delfine entwickelten sich vor mehr als 50 Millionen Jahren aus einem Vorfahren eines vierbeinigen Landsäugetiers zu Meeressäugern und sie haben sich im Laufe ihrer Evolution gut an das Leben im Wasser angepasst. Eine der Anpassungen ist die besondere Lage ihrer Nasenöffnung auf dem Kopf. Sie steigt schräg zum Gaumen an und endet oben am Kopf als Blasloch. Während der Embryonalentwicklung von Walen und Delfinen liegt der Nasengang zunächst parallel zum Gaumen und mündet an der Spitze der Schnauze, ähnlich wie bei anderen Säugetieren. Bisher konnten Experten noch nicht entschlüsseln, wie der Nasengang während der embryonalen und fötalen Entwicklung zu einer abgewinkelten Ausrichtung wechselt und dann in einem Blasloch endet.
Laut Rachel Roston, Postdoktorandin an der University of Washington School of Dentistry und Hauptautorin der Studie, kommt solch ein Entwicklungsprozess bei keinem anderen Säugetier vor. «Es ist eine interessante Frage, welche Teile miteinander verbunden bleiben, welche Teile ihre Ausrichtung ändern und wie sie durch einen Entwicklungsprozess zusammenarbeiten, um diese Veränderung zu bewirken.»
Roston und die Biologieprofessorin Louise Roth, Co-Autorin der Studie, haben anhand von Fotos und CT-Aufnahmen anatomische Details von Embryonen und Föten des Großen Tümmlers (Tursiops truncatus) und des Pantropischen Fleckendelfins (Stenella attenuata) genau vermessen und diese mit Daten von Finnwalföten (Balaenoptera physalus) verglichen. Die Exemplare bzw. Daten erhielten sie vom National Museum for Natural History des Smithsonian Instituts und vom Natural History Museum of Los Angeles County.
Die beiden Wissenschaftlerinnen konnten so die anatomischen Veränderungen im Laufe der Entwicklung identifizieren, die die Ausrichtung des Nasengangs nach oben verlagern. «Wir haben herausgefunden, dass es drei Wachstumsphasen gibt, vor allem im Kopf, die erklären können, wie sich die Ausrichtung und Position des Nasengangs verschiebt», so Roston.
Die drei Wachstumsphasen sind:
- Zunächst parallel, werden das Dach des Mundes und der Nasengang getrennt, während der Bereich zwischen ihnen zu einer dreieckigen Form wächst. Diese Phase beginnt während der Embryonalentwicklung, nachdem sich das Gesicht herausgebildet hat, was beim Großen Tümmler in den ersten zwei Monaten nach der Befruchtung der Fall ist.
- Die Schnauze wird länger und verläuft schräg zum Nasengang, wodurch die Nasenlöcher weiter von der Schnauzenspitze getrennt werden. Diese Phase beginnt später in der fötalen Entwicklung und kann auch nach der Geburt noch andauern.
- Der Schädel faltet sich nach hinten, und der Kopf und der Körper richten sich stärker aus. Dadurch wird der Nasengang nach oben gedreht, so dass er im Verhältnis zur Körperachse fast senkrecht wird. Diese Phase beginnt in der späten Embryonalentwicklung und setzt sich während der fötalen Entwicklung fort.
Roston erklärt, dass diese drei Wachstumsphasen unterschiedliche Entwicklungsschritte sind, die nicht Schritt für Schritt ablaufen, sondern sich zeitlich überschneiden und zusammengenommen den Nasengang an den oberen Teil des Kopfes verlagern.
Zudem fanden sie heraus, dass es zwischen dem Pantropischen Fleckendelfin, der zu den Zahnwalen gehört, und den Föten des Finnwals, ein Bartenwal, signifikante Unterschiede gibt. Laut der Studie faltet sich der Schädel bei Finnwalen im hinteren Bereich, in der Nähe der Stelle, an der der Schädel mit der Wirbelsäule verbunden ist während beim Fleckendelfin die Faltung in der Mitte des Schädels ist. Zahn- und Bartenwale trennten sich vor über 30 Millionen Jahren.
«Ich bin von zwei interessanten Entdeckungen beeindruckt, die sich aus dieser Arbeit ergeben haben», so Roth. «Obwohl sie beide Blaslöcher entwickeln, gibt es entscheidende Unterschiede zwischen Barten- und Zahnwalen in der Art und Weise, wie sie ihre Nasengänge während der Entwicklung neu ausrichten. Überraschenderweise gehen mit der Entwicklung der nach oben gerichteten Nasenlöcher auch tiefgreifende Veränderungen im Gehirn einher.» Roston beschreibt weiter, dass in Zukunft die Untersuchung weiterer Arten aus beiden Abstammungslinien zeigen könnte, ob sich alle Barten- und Zahnwale auf diese Weise unterscheiden.
Die Ergebnisse der Studie stellen ein integratives Modell für diesen Entwicklungsprozess bei Delfinen und Walen dar, das mehr Aufschluss über ihre Evolution geben könnte. «Dieses Modell gibt uns eine Hypothese für die Entwicklungsschritte, die für diese anatomische Veränderung notwendig waren, und wird als Vergleichspunkt für weitere Studien über Wachstum und Entwicklung bei Walen, Delfinen und Schweinswalen dienen», sagt Roston.
Julia Hager, PolarJournal / Originaltext: James Urton, University of Washington
Link zur Studie: Rachel A. Roston, V. Louise Roth. Different transformations underlie blowhole and nasal passage development in a toothed whale (Odontoceti: Stenella attenuata ) and a baleen whale (Mysticeti: Balaenoptera physalus ). Journal of Anatomy, 2021; DOI: 10.1111/joa.13492