Biosensorik: Sehender Seestern

Die Körperoberfläche einer auf optische Reize reagierenden Schlangenstern-Spezies ist mit winzigen Kristall-Linsen übersät, die zusammen eine Art Facettenauge bilden

Wenn Fressfeinde nahen, versteckt sich der in Schwämmen und Korallenriffen lebende Schlangenstern Ophiocoma wendtii, ein Verwandter des Seesterns, gern in dunklen Spalten. Er muss also seine Umgebung – Feinde – irgendwie wahrnehmen können. Auch seine unterschiedlichen Hautfärbungen – tagsüber dunkelbraun, nachts grau-schwarz gemustert – deuten darauf hin, dass er für Lichtreize empfänglich ist.

Bei der Suche nach Sehorganen indes tappten Forscher lange im Dunkeln. Vermutet wurde bisher eine „diffuse” Lichtempfindlichkeit seiner Hautzellen. Nun jedoch machte ein internationales Team um Lia Addadi und Steve Weiner vom Weizmann Institut in Rehovot, Israel, eine bemerkenswerte Entdeckung: Ophiocoma wendtii beäugt die Unterwasserwelt mit Hunderten in seine stachelige Außenhaut eingebauten Kristall-Linsen. Neben seiner Schutzfunktion dient das Skelett der Stachelhäuter auch der optischen Wahrnehmung. Ursprünglich wollten Addadi und Weiner nur die Skelettstruktur der Schlangensterne studieren. Der neu zur Gruppe gestoßene Gordon Hendler vom kalifornischen NaturalHistory Museum of Los Angeles County vermutete indes, dass die von Addadi und Weiner gefundenen winzigen Kristalle aus Kalzit (Kalziumkarbonat) dem Sehen dienen könnten.

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Die Kalzithaut (im Hintergrund) des Schlangensterns ermöglicht ihm das Sehen

Die Probe aufs Exempel machten die Forscher in Zusammenarbeit mit Joanna Aizenberg und Alexei Tkachenko von den Bell Laboratories in Murray Hill im US-Staat New Jersey. Das Team legte linsenhaltige Skelettteile auf einen Film und belichtete das Ganze. Die Aufnahmen zeigten, dass die Linsen das Licht bei jeweils rund 0,005 Millimeter fokussieren. Genau in diesem Abstand entdeckten die Forscher Nervenfaserbündel, die offenbar die Lichtreize auswerten. Durch das Fokussieren wird die Lichtintensität um etwa das 50fache gesteigert – für die in der Dämmerung größerer Meerestiefen lebenden Tiere ein großer Vorteil.

Die Linsen bestehen jeweils aus einem Einkristall und sind von erstaunlicher optischer Qualität. Zudem haben sie, wie die Tests ergaben, eine deutliche Richtwirkung: Direkt in der optischen Achse einfallendes Licht trifft die darunter liegenden Nerven am besten. Alle Linsen zusammen bilden eine Art Facettenauge – ähnlich dem eines Insekts. Die optische Leistung dieses „Ganzkörper-Auges” reicht aus, um die Schatten herannahender Angreifer wahrzunehmen. Auch „Augen-Ersatz” ist für die Tiere leicht zu bekommen: Bei Gefahr können Schlangensterne jeden ihrer fünf Arme abwerfen – er wächst dann, zusammen mit den Linsen, wieder nach.

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