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Wie passen Tilapien ihren Körper an immer salzigeres Wasser an?
Salz-Überlebenskünstler: Mozambique-Tilapien können sich schrittweise an Wasser gewöhnen, das bis zu dreimal salziger ist als Meerwasser. Eine Laborstudie zeigt nun, dass die Fische dafür ihr Prolaktin-System in Hypophyse und Kiemen gezielt umstellen und gleichzeitig Gene für die Salzabgabe stark hochfahren.
Honolulu (U.S.A.). Fische müssen den Wasser- und Salzhaushalt ihres Körpers ständig gegen ihre Umgebung stabilisieren. Im Süßwasser hilft ihnen das Hormon Prolaktin dabei, Ionen aufzunehmen und Verluste zu begrenzen. Im Meerwasser wird diese Wirkung dagegen gedrosselt, damit nicht zu viele Salze im Körper bleiben.
Der Mosambik-Tilapia (Oreochromis mossambicus) ist dabei ein Extremfall. Die Art kann nach schrittweiser Gewöhnung nicht nur Meerwasser, sondern sogar stark hypersalines Wasser tolerieren. Bisher war jedoch unklar, wie fein das Prolaktin-System über einen so großen Salzbereich hinweg umgeschaltet wird.
Forscher der University of Hawaiʻi at Mānoa (UH Mānoa) um Prof. Andre P. Seale haben nun untersucht, wie sich zwei Prolaktin-Varianten und ihre Rezeptoren bei wachsender Salinität verändern. Dazu verteilte das Team 40 erwachsene männliche Mozambique-Tilapien auf vier Gruppen mit je zehn Tieren. Die Zielwerte reichten von nahezu salzfreiem Süßwasser über normales Meerwasser mit 35 Promille bis zu 70 und 105 Promille.
Entscheidend war die langsame Gewöhnung. Nach zunächst 20 Promille erhöhte das Team den Salzgehalt um rund drei Promille pro Tag, sodass die höchste Stufe erst nach 31 Tagen erreicht wurde. Am 35. Tag maßen die Forscher die Osmolalität des Blutplasmas und analysierten in Hypophyse und Kiemen die Aktivität mehrerer Gene des Prolaktin- und Ionentransportsystems.
Das Muster war deutlich: Mit wachsendem Salzgehalt wurde die Prolaktin-Variante Prl188 sehr viel stärker zurückgefahren als Prl177. Bei 105 Promille lag die Aktivität des prl188-Gens nur noch bei etwa einem 490stel des Süßwasserwerts, die von prl177 bei etwa einem 27stel. Dadurch kippte das Verhältnis der beiden Varianten von 1,1 im Süßwasser auf 0,06 in der höchsten Salzstufe.
Auch bei den Rezeptoren verschob sich das Gleichgewicht. Der Rezeptor Prlr1 nahm mit steigender Salinität ab, während Prlr2 zunahm. In den Kiemen sank das Verhältnis von prlr1 zu prlr2 von 21,8 im Süßwasser auf 1,2 bei 105 Promille. Das spricht dafür, dass die Fische nicht einfach nur weniger Prolaktin-Signale erzeugen, sondern deren Zusammensetzung gezielt verändern.
Parallel schalteten die Kiemen von Salzaufnahme auf Salzabgabe um. Das Gen ncc2, das mit der Ionenaufnahme in Süßwasser verbunden ist, fiel bei 105 Promille auf etwa ein 1042stel des Süßwasserwerts. Dagegen stieg die Aktivität des Salztransporters nkcc1a auf etwa das 305-Fache und die des Chloridkanals cftr1 auf etwa das 233-Fache.
Völlig folgenlos war die Extremstufe allerdings nicht. Während die Plasmaosmolalität im Süßwasser und bei 35 Promille um 300 Milliosmol pro Kilogramm lag, stieg sie bei 70 Promille auf etwa 340 und bei 105 Promille auf rund 440. Nachdem die Fische 105 Promille erreicht hatten, starben zudem drei Tiere zwischen Tag 32 und 35. Die Grenze der Regulation war damit bereits sichtbar.
Die Ergebnisse passen zu früheren Beobachtungen, nach denen selbst der salztolerante Mozambique-Tilapia einen abrupten Wechsel von Süßwasser in Meerwasser nicht übersteht. Die neue Studie zeigt nun genauer, wie mehrere Teile des Prolaktin-Systems gemeinsam mit den Salztransportern in den Kiemen entlang einer allmählichen Salzsteigerung reagieren.