Quallen, oft verkannt und gemieden, faszinieren durch ihre Vielfalt und ihre Rolle im Ökosystem Meer. Dieser Artikel beleuchtet die Besonderheiten des Nervensystems von Quallen und Polypen, ihre Fortpflanzungsmethoden und ihre Lebensweise, wobei auch auf die Bedeutung ihres Mikrobioms und die Gefahren einiger Arten eingegangen wird.
Die Welt der Nesseltiere: Eine Einführung
Quallen haben keine Freunde? Nicht ganz. Ernst Haeckel, ein Zoologe aus Jena, bewunderte die Staatsquallen für ihre Schönheit und Zierlichkeit und nannte sie "zierliche Blumenstöcke". Doch die meisten Menschen ekeln sich vor Quallen und misshandeln sie am Strand. Quallen werden oft nicht als Tiere wahrgenommen, obwohl sie und Menschen gemeinsame Vorfahren haben.
Quallen und Polypen gehören zum Stamm der Nesseltiere (Cnidaria). Zu den Nesseltieren gehören etwa 11.000 Arten, die im Meer und seltener im Süßwasser leben. Sie kommen als Polypen (sessil) oder als Quallen (Medusen) vor. Die Nesseltiere sind relativ einfach gebaute, sessile oder schwimmende Wasserlebewesen.
Nervensystem der Quallen: Einfach, aber effektiv
Hohltiere besitzen kein Herz, kein Gehirn und kein zentrales Nervensystem. Ist das Zerhacken von Quallen Tierquälerei? „Sie spüren wohl keine Schmerzen“, sagt der Hamburger Quallenforscher Gerhard Jarms. Quallen besitzen zwar kein Gehirn, verfügen aber dennoch über ein Nervensystem, mit dem sie Beute jagen und auf Feinde sowie Geschlechtspartner reagieren können. In einem festgelegten Ablauf wird eine Reaktion in Gang gesetzt und weitergeleitet, wenn ein Reiz (also eine bestimmte Wahrnehmungsänderung) sie auslöst.
Nesseltiere besitzen ein primitives Nervensystem, das als einfaches neuronales Netz organisiert ist. Ein zentrales Nervensystem fehlt, manche verfügen allerdings bereits über komplexe Augen und andere Sinnesorgane.
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Die Polyen und Quallen der Cnidaria enthalten Nervenzellen, die sich untereinander zu größeren Netzen - Nervennetzen - verbunden haben. Diese Nervennetze haben aber kein Zentrum. Es können aber Informationen von den Sinneszellen zu den Muskelzellen übertragen werden, so dass das Tier auf Außenreize reagieren kann.
Sinnesorgane und Wahrnehmung
Am Schirmrand befinden sich darüber hinaus komplexe Sinnesorgane, die Licht, Schwere und Geschmack wahrnehmen können. Diese werden Rhopalien genannt. Manche Quallenarten, wie beispielsweise die Würfelqualle besitzen sogar Augen.
Die Qualle hat kein Gehirn, das die Wahrnehmung verarbeitet und dann zum Beispiel den Befehl "Beute fangen" an die Fangarme weitergibt. Dass sie trotzdem blitzschnell reagieren kann, erklären Quallenforscher so: Der Reiz einer bestimmten Wahrnehmung setzt automatisch eine Reaktion in Gang und diese eine zweite, eine dritte und so weiter.
Fortpflanzung und Lebenszyklus: Metagenese und Generationswechsel
Typisch für viele Nesseltiere, so auch für die Qualle, ist der Generationswechsel, bei dem sich Polyp (fest sitzendes,ungeschlechtliches Stadium) und Meduse (frei schwimmender, geschlechtlicher Körper) abwechseln. Dieser Wechsel wird ,,Metagenese” genannt. Die Fortpflanzung verläuft je nach Art auf sehr verschiedene Weisen. So kann sie beispielsweise eingeschlechtlich, zweigeschlechtlich, aktiv oder passiv vollzogen werden.
Was uns als Qualle im Wasser begegnet, ist die frei schwebende Meduse, die jedoch zuvor als festsitzender Polyp am Meeresgrund existierte. Polypen sehen wie winzige Bäumchen aus. Wenn sich Ei und Samen der geschlechtsreifen Medusen im Wasser treffen, entstehen Larven, die zu Boden sinken und dort zu Polypen heranwachsen. Das Herausbilden der Medusen findet in Zyklen statt, sodass plötzlich Quallen in Massen auftreten können.
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In allen vier Klassen bilden die Polypen sozusagen die Ausgangsform, während die Medusen (Quallen) durch eine spezielle Form der Knospung aus den Polypen entstehen. Die Medusen pflanzen sich dagegen geschlechtlich fort. Aus den befruchteten Eizellen entstehen sogenannte Planula-Larven, die sich nach einige Zeit auf dem Substrat (Meeresboden, Pflanzen) festsetzen und wieder zu neuen Polypen entwickeln.
Sexuelle Fortpflanzung
Treffen zwei eingeschlechtliche Quallen verschiedenen Geschlechts aufeinander, platzen aus der Innenhaut des Magenraumes Eizellen bzw. Nach einem komplexen Paarungsspiel, bei dem Männchen und Weibchen erst nebeneinander her schwimmen, das Männchen dann einen Tentakel des Weibchen fängt, die Spermien auf diesen Tentakel überträgt, mit dem das Weibchen sie anschließend in ihren Gastralraum führt, löst sich die Membran der Spermien Bündel im weiblichen Gastralraum und die dort vorliegenden Eizellen können befruchtet werden. Hier findet also tatsächlich eine festgelegte Interaktion zwischen zwei Quallen statt.
Im Gegensatz dazu, können zweigeschlechtliche Quallen sich selbst befruchten. Im Falle der Würfelquallen fällt der Polyp im Vergleich zum adulten Stadium, der Meduse, sehr klein aus. Bei den meisten Arten findet eine vollständige Verwandlung des Polypen statt, sodass aus einem Polyp genau eine Meduse entsteht. Allerdings gibt es auch Würfelquallen, die eine andere Form der Medusenbildung aufweisen (zb. bei der Art Carybdea marsupialis).
Asexuelle Fortpflanzung
Andere Quallenarten umgehen das Polypenstadium (Bsp: Hochseequalle), indem sie sich direkt im Meer vermehren. Es bildet sich also im ganzen Lebenszyklus kein festsitzender Polyp aus. Andere Quallen hingegen stoßen bloß Körperteile ab, aus denen sich neue Quallen entwickeln können.
Sind diese groß genug, bildet sich seitlich ein blasenartiges Gebilde mit einer inneren und einer äußeren Haut. Eine Art Miniqualle entsteht. Die Metamorphose - also die Verwandlung vom Polypen zur Qualle - gilt bei den Biologen als besonders charakteristische Fortpflanzungsart. Es gibt aber auch Ausnahmen: So stoßen manche Quallen einfach Körperteile ab, aus denen sich dann neue Tiere entwickeln.
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Der Polyp: Bau und Anpassung
Der Polyp (insofern jener ausgebildet wird) ist in der Regel mit einer Basalscheibe mit dem Untergrund verwachsen und weist kein Skelett auf. Seine Oberfläche ist mit Geißeln besetzt, die zur Sinneswahrnehmung dienen. Epidermis und Gastrodermis bilden die Körperwand. Dazwischen ist eine Stützlamelle zu finden, die den Polyp stabilisiert. Am oberen Teil des Polypen sind in Form eines Kranzes Tentakeln um den Mund angeordnet. Dieser ist im gestreckten Zustand mit einer Art Rüssel zu vergleichen, da er sehr dehn- und streckbar ist. Im unteren Teil, dem ,,Stiel” wird der Polyp schmaler und endet in einer Haftscheibe.
Nesselzellen: Waffen für Jagd und Verteidigung
Als,,Cnidom” bezeichnet man die Gesamtheit der verschiedenen Typen von Nesselzellen und deren Anordnung an Schirm und Tentakeln. An den Tentakeln der Qualle finden sich tausende Nesselzellen, die ringförmig angeordnet sind. Hauptsächlich bestehen Nesselzellen aus einer Nesselkapsel beziehungsweise Nematocyste. Eine Kapselhülle umgibt sie. Diese ist mithilfe einer zusätzlichen Kollagenschicht versteift. In der Kapsel befindet sich ein 5 bis 100 Mikrometer langer hohler Schlauch, auch Faden oder Nema genannt, der mit verschiedenen zusätzlichen Strukturen wie Stacheln, Dornen, Stiefeletten oder Klebeelementen ausgestattet ist. Die Nesselzelle ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die meistens eine giftige Wirkung hat.
Die Funktionsweise der Nesselzellen ist außerordentlich bemerkenswert. Wird eine Nesselzelle von außen mechanisch gereizt, etwa von einem Beutetier, entlädt sie sich innerhalb kürzester Frist: Der in der Kapsel aufgerollte Schlauch schießt wie eine Harpune heraus, durchdringt die Außenhaut des Opfers oder umwickelt dessen Körper. Unsere Hochgeschwindigkeitsanalysen haben gezeigt, dass die gesamte Entladung selbst bei den komplexesten Kapseltypen in weniger als drei Millisekunden abgeschlossen ist; die kritische Phase der Entladung läuft sogar im Nanosekundenbereich ab. Dabei werden Beschleunigungen erzielt, die mehr als das 5 000 000fache der Erdbeschleunigung ausmachen - die Nesselkapselentladung zählt damit zu den schnellsten Prozessen in der Biologie.
Die Rolle des Mikrobioms
Alle mehrzelligen Lebewesen weisen eine aus einer unvorstellbar großen Anzahl von Mikroorganismen bestehende Besiedlung ihres Körpergewebes auf. Wirtslebewesen und Mikroben haben sich in der Entstehungsgeschichte des vielzelligen Lebens von Beginn an gemeinsam entwickelt. Das natürliche Mikrobiom, also die Gesamtheit dieser Bakterien, Viren und Pilze, die in und auf einem Körper leben, spielt daher eine fundamentale Rolle für das Funktionieren des Gesamtorganismus: Es unterstützt beispielsweise bei der Nährstoffaufnahme, wehrt Krankheitserreger ab und kommuniziert sogar mit dem Nervensystem.
Die Forschenden führten nun umfassende Experimente zu den Auswirkungen des Mikrobioms auf Fitness und Reproduktion der Quallen durch. „Dazu haben wir zunächst die Polypen der Qualle mit einer antibiotischen Behandlung keimfrei gemacht und die Auswirkungen auf den Organismus untersucht“, erklärt Dr. Nancy Weiland-Bräuer, Wissenschaftlerin in der Arbeitsgruppe Molekularbiologie der Mikroorganismen am IfAM und SFB 1182-Mitglied. „Zum einen zeigte sich, dass diese Polypen im Vergleich um ein Drittel kleiner blieben. Ohrenquallen durchlaufen eine komplexe Abfolge mehrerer Lebensstadien, bei denen sie sukzessive von einer ortsfesten Lebensweise - dem Polyp - am Meeresboden schließlich zu einem frei im Wasser schwimmenden Stadium als ausgewachsene Medusen übergehen. Die Anwesenheit eines natürlichen Mikrobioms ist also offenbar Voraussetzung für den ungestörten Ablauf dieses Prozesses.
Quallen als Indikatoren für Umweltveränderungen
Dabei ist die Ohrenqualle beispielsweise in der Ostsee gewissermaßen ein Indikator, die solche Veränderungen deutlich sichtbar macht. Weiland-Bräuer, N., N. Pinnow, D. Langfeldt, A. Roik, S. Güllert, C. M. Chibani, T. B. H. Reusch, R. A. Schmitz (2020): The native microbiome is crucial for offspring generation and fitness of Aurelia aurita.
Solche Quallen-Invasionen sorgen immer wieder für Schlagzeilen. Meistens, weil Urlaubern dadurch der Badespaß vergeht. Doch es gibt neben dem Tourismus noch andere Wirtschaftszweige, die gelegentlich unter der Fruchtbarkeit der Tiere zu leiden haben. So verstopften Quallenschwärme die Kühlwasserzuflüsse japanischer und schwedischer Atomkraftwerke.
Und doch gibt es einige Indizien dafür, dass sich Quallen heute noch erfolgreicher vermehren als früher. Der Mensch erleichtert ihnen das Leben. Ein Übermaß an Düngung aus der Landwirtschaft endet im Meer, dadurch wird das Wasser in Küstennähe immer nährstoffreicher. Das fördert die Algen, von denen sich die kleinen Krebstierchen ernähren, die Zooplankton genannt werden. Dieses Zooplankton ist die Hauptnahrung von Quallen. Gleichzeitig nehmen die Fischbestände durch Überfischung ab. Fische sind die stärkste Konkurrenz der Quallen, weil viele von ihnen ebenfalls Zooplankton fressen. Mehr Nahrung und zugleich weniger Fische begünstigen die Glibbertiere.
Gefährliche Quallenarten
Weniger gutartig sind die Blaue Nesselqualle und die Gelbe Haarqualle, auch Feuerqualle genannt. Kommt man mit ihnen in Berührung, entladen sich ihre Nesselzellen. Die Haut wird rot und schmerzt ähnlich wie beim Kontakt mit Brennnesseln. Bei Allergikern kann es zu starken Schwellungen kommen.
Wirklich mörderische Quallen tauchen in Nord- und Ostsee kaum auf. Anders im Mittelmeer: Der ADAC warnte Anfang Juli vor Hunderten Exemplaren der Portugiesischen Galeere, die vor südspanischen Stränden gesichtet wurden. Das Gift dieser Quallen kann Lähmungserscheinungen bis zum Atemversagen oder Herzstillstand auslösen. Noch gefährlicher als die Portugiesische Galeere sind einige Spezies, die vor den Küsten Australiens und Südostasiens zu Hause sind, allen voran die Seewespe, deren brisanter Giftcocktail absolut tödlich ist. Um sich vor ihnen zu schützen, werden in Australien Buchten mit engmaschigen Schutzzäunen abgesperrt. Schwimmer gehen mit „Stinger Suits“ ins Wasser, Ganzkörperschutzanzügen mit Kapuze.
Bekannt im Falle der Würfelquallen sind die Cytolysine CfTX-1 und CfTX-2. Diese bilden Membranporen (die Membran wird also ,,durchlöchert”). Direkt nach der Berührung einer Würfelqualle setzen extreme Schmerzen ein. Sie werden häufig mit der Berührung eines glühenden Bügeleisens verglichen. Die berührten Hautstellen schwellen an und bilden Blasen, die Narben hinterlassen. Neben Muskellähmung treten Herzrhythmusstörungen wie das lebensbedrohliche Kammerflimmern auf. Lungenödeme oder Versagen der Atemmuskulatur führen darüber hinaus in der Regel innerhalb weniger Minuten zum Tod.
Quallen in der Forschung
Die Forschung an Süßwasserpolypen und anderen einfachen Entwicklungssystemen könnte aufdecken, wie entwicklungssteuernde Gene und Proteine in der Regeneration an- und wieder ausgeschaltet werden könnten. Dieses Wissen wäre vielleicht nutzbar, um die Regeneration von verletztem oder erkranktem Gewebe gezielt zu veranlassen - auch das des Menschen.
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