Tiere können bei der Geburt stehen. Warum können Menschenbabys das nicht?

Ren Shengquan

Viele Menschen fragen sich schon lange, warum Säugetiere wie Kühe und Pferde gleich nach der Geburt stehen können, während der Mensch lange braucht, um laufen zu lernen. Einige Zoologen haben berechnet, dass ein Baby 18 bis 21 Monate im Mutterleib bleiben muss, bevor es die Gehfähigkeit erlangt, die andere Tiere bei der Geburt haben. Aufgrund der Einschränkungen des Beckens beträgt die durchschnittliche Schwangerschaftsdauer eines menschlichen Fötus nur 9 Monate, was bedeutet, dass das Baby von der Geburt bis zum Alter von einem Jahr nicht laufen kann. Wenn man es mit wissenschaftlichen Prinzipien erklärt, handelt es sich dabei um die Fähigkeit der Nerven, Muskeln zu steuern.

Kürzlich ist es Forschern der University of California in San Diego durch strukturelle Biologie unbeabsichtigt gelungen, die Fähigkeit der Nerven zur Muskelsteuerung zu entschlüsseln. Ihre Forschungsergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht und liefern neue Ideen für die Behandlung von Myasthenia gravis.
Muskelkraft wird durch die Kontraktion der Muskelfasern erreicht, wofür zur Steuerung der Skelettmuskulatur Motoneuronen erforderlich sind. Der Schlüssel liegt in der neuromuskulären Verbindung, dem Verbindungspunkt zwischen Motoneuronen und Skelettmuskelfasern.

Wissenschaftler haben die Funktionsweise der neuromuskulären Verbindung über mehr als ein Jahrhundert untersucht und schließlich festgestellt, dass das aus den Enden der Motoneuronen freigesetzte Acetylcholin wie ein Schlüssel wirkt, der die Acetylcholinrezeptoren auf den Skelettmuskelzellen öffnet und dadurch eine starke Kontraktion der Muskelfasern einleitet.

In der neuesten Studie verwendeten Wissenschaftler Kryo-Elektronenmikroskopie, um die hochauflösende dreidimensionale Struktur von Acetylcholinrezeptoren in Muskeln zu erhalten, wenn diese an Acetylcholin gebunden sind oder nicht. Die Herausforderung dieser Arbeit besteht zunächst in der Probengewinnung. Acetylcholinrezeptoren machen nur einen sehr kleinen Anteil des Skelettmuskels aus und es ist schwierig, ausreichend Gewebeproben zu erhalten, wenn sie aus dem menschlichen Muskel isoliert werden sollen.
Daher dachten die Forscher über die Gewinnung von Rindfleisch nach, das leicht zu beschaffen ist und mehr Acetylcholin enthält, und wandten sich der Gewinnung von Muskeln aus Kuhembryonen zu. Am Ende gewannen sie 30 Mikrogramm gereinigte Acetylcholinrezeptoren aus jedem Kilogramm Rindfleisch.

Nach der Untersuchung der hochauflösenden dreidimensionalen Struktur des Muskel-Acetylcholinrezeptors entdeckten Forscher unerwartet, dass in derselben embryonalen Gewebeprobe zwei Versionen des Rezeptors gleichzeitig zu sehen waren: eine unreife embryonale Version und eine reife Version der neuromuskulären Verbindung. Die beiden Versionen unterscheiden sich in ihrer Untereinheitenzusammensetzung.

Im Allgemeinen muss der Acetylcholinrezeptor mit der allmählichen Entwicklung und Reifung der neuromuskulären Verbindung eine vollständige Untereinheitenumwandlung durchführen, das strukturelle Prinzip seiner Umwandlung vom embryonalen zum reifen Typ ist jedoch nicht klar. Nun haben Forscher im Muskelgewebe früher Rinderembryonen eindeutig zwei Versionen des Acetylcholinrezeptors entdeckt: eine, die die Bildung von Verbindungen zwischen Nervenenden und Muskeln erleichtert, und eine andere, die die Muskelkontraktion steuert.

Gleichzeitig ist die Frage beantwortet, warum Säugetiere wie Kühe und Pferde bereits am Tag ihrer Geburt laufen können: Aus der Perspektive der Muskeln zeigt sich, dass Kühe und Pferde die entwicklungsbedingte Transformation der Zusammensetzung der Acetylcholinrezeptor-Untereinheiten lange vor der Geburt abgeschlossen und ausgereifte neuromuskuläre Verbindungen ausgebildet haben, während die Fähigkeit des Menschen, die Kontraktion der Skelettmuskulatur zu kontrollieren, bei der Geburt nicht angeboren ist. In den ersten Monaten nach der Geburt ist die Muskelkoordination beim Menschen noch schlecht und es dauert normalerweise etwa ein Jahr, bis sich ausgereifte neuromuskuläre Verbindungen bilden.

Diese Studie hat die Funktionsweise der neuromuskulären Verbindung offiziell entschlüsselt und ist eine gute Nachricht für Patienten mit Myasthenia gravis, denn die Grundursache ist die Schädigung der neuromuskulären Verbindung, die dazu führt, dass die Patienten nicht mehr in der Lage sind, die Kontraktion und Kraft der Skelettmuskulatur wirksam zu kontrollieren.

(Der Autor ist Gesundheitsmanager und Mitglied der Anhui Science Writers Association)