Dieser Artikel bietet einen detaillierten Überblick über die Anatomie von Garnelen, wobei der Fokus auf dem Darm, dem Nervenstrang und anderen wichtigen Organsystemen liegt. Die Informationen basieren auf wissenschaftlichen Erkenntnissen und sollen sowohl für interessierte Laien als auch für fortgeschrittene Aquarianer verständlich sein.
Einführung
Der Körperbau der Wasserschnecken ist stark von der jeweiligen Art abhängig, daher ist dies nur eine grobe Übersicht, basierend auf der Archimolluske, einer hypothetischen Urschnecke. Die einzelnen Organe können bei verschiedenen Schneckenarten anders liegen als im Schema dargestellt. Bis in die 1990er Jahre wurden Wasserschnecken wissenschaftlich in Lungen- und Kiemenschnecken unterteilt. Im Süßwasser findet man vorwiegend Lungenschnecken (Pulmonata) und Vorderkiemer (Prosobranchia), deren Kiemen vor dem Herzen liegen. Hinterkiemer sind überwiegend im Meer beheimatet, mit wenigen Süßwasserarten. Ihre Kiemen liegen hinter dem Herzen.
Sinnesorgane
Wasserschnecken verfügen über verschiedene Sinnesorgane, die ihnen die Wahrnehmung ihrer Umwelt ermöglichen:
Fühler
Wasserschnecken haben paarige Fühler, die zum Tasten und als Geruchssinnesorgan dienen. Auf den Fühlern befinden sich große Mengen an Geruchssinneszellen. Auch im weichen Teil des Fußes und im Mantelgewebe liegen Tastsinneszellen.
Augen (Ocellen)
Die Augen (Ocellen) der Wasserschnecken liegen an der Fühlerbasis, im Gegensatz zu Landschnecken, bei denen sie sich an der Fühlerspitze befinden. Die Augen ermöglichen zumindest ein Hell-Dunkel-Sehen und die Orientierung zur Lichtquelle.
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Osphradien / Geruchssinn
Die Osphradien sind Chemorezeptoren, die Teil des Geruchssinnesapparates sind. Sie liegen nicht notwendigerweise hinten im Gehäuse, sondern können auch vorne am Kopf sitzen.
Statocysten / Lagesinn
Als Statocysten bezeichnet man die Gleichgewichtsorgane. Sie bestehen aus einer mit Flüssigkeit gefüllten Blase, die einen oder mehrere Kalk- oder Sandkörner (Statolithen) enthält. Bei Bewegung reizt der Statolith die Sinneshärchen an der Hülle des Statocysten, was der räumlichen Orientierung dient.
Nervensystem
Das Nervensystem der Wasserschnecke ist ein Strickleiternervensystem, bestehend aus:
Paarige Ganglien
Paarigen Ganglien oder Nervenknoten, die durch längs und quer verlaufende Nervenstränge verbunden sind. Die Ganglien werden je nach Lage als Cerebralganglien ("Gehirn"), Pedalganglien (Nerven im Fuß) und Pleuralganglien (Nervenverbindungen im Mantel und Vorderkörper) bezeichnet.
Paarige Nervenstränge
Paarige längs verlaufende Nervenstränge, die Teil des Strickleiternervensystems sind und der Informations- und Reizleitung dienen.
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Ringförmiger Nervenstrang
Der ringförmige Nervenstrang verbindet die Ganglien miteinander und umgibt die Speiseröhre (Ösophagus).
Schneckenhaus
Das Schneckenhaus ist ein mineralisiertes Gehäuse, das die Schnecke dorsal trägt. Es besteht überwiegend aus Kalziumkarbonat, das die Schnecke mit dem Futter oder aus dem Wasser aufnimmt. Eine Eiweißschicht, das Periostracum, schützt das Kalkskelett vor Korrosion und enthält Farbpigmente, die für Farbe und Muster verantwortlich sind. Die meisten Wasserschnecken haben ein gewundenes Gehäuse, aber es gibt auch Arten mit schalenförmigem Gehäuse. Das Gehäuse wächst vorne an der Öffnung, Schäden weiter hinten können von innen repariert werden.
Operculum
Verschiedene Schneckenarten können ihre Öffnung mit einem Deckel (Operculum) aus Horn verschließen, um sich vor Feinden oder Austrocknung zu schützen. Das Operculum wächst in Ringen, seine Form und Struktur ist wichtig für die Artbestimmung. In ausgeklapptem Zustand trägt die Schnecke ihr Operculum auf dem hinteren Teil des Fußes.
Verdauungssystem
Das Verdauungssystem der Wasserschnecken umfasst:
Raspelnde Radula
Die Radula ist die Zunge der Schnecke, besetzt mit Chitinzähnen, deren Anordnung für die Artbestimmung wichtig ist. Mit der Radula raspelt die Schnecke ihr Futter von Oberflächen ab oder zerkleinert es.
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Odontophor
Der Odontophor besteht aus Muskeln und Bindegewebe und dient als Stützapparat und Widerlager für die Radula. Er ist beweglich und kann gegen die Unterlage gedrückt werden.
Magen
Der Magen nimmt die abgeraspelte, gekaute Nahrung auf. Seitlich des Magens liegen Speicheldrüsen, die Enzyme zur Aufspaltung von Kohlehydraten abgeben.
Mitteldarmdrüse
In der Mitteldarmdrüse (Hepatopankreas) bildet die Wasserschnecke Verdauungsenzyme, die die zerkleinerte Nahrung weiter aufschließen. Hier werden auch Fette, Eiweiße und teilweise Zellulose zerlegt und die Nährstoffe aufgenommen.
Mitteldarm
Der Magen mündet in den Darm. Hier werden letzte einfache Zuckermoleküle aufgenommen und der nicht verdauliche Teil der Nahrung aus dem Körper transportiert.
Anus
Der Darm mündet im Anus, wo die Wasserschnecke ihren Kot ausscheidet. Die genaue Lage ist von Art zu Art verschieden.
Mantel
Der Mantel besteht aus zähem Gewebe, das den Eingeweidesack schützt. An der Öffnung des Gehäuses ist er am dicksten. Hier werden Mineralstoffe und gelöster Sauerstoff aus dem Wasser aufgenommen. Der Mantel hängt nahtlos mit dem Cephalopodium (Kopf-Fuß) zusammen.
Fortpflanzungsorgane
Gonaden
Die Gonade ist die Geschlechts- oder Keimdrüse. Zweigeschlechtliche Schneckenarten haben entweder weibliche oder männliche Keimdrüsen, zwittrige Arten haben beide. Die Keimdrüsen liegen im Eingeweidesack und münden in den Eileiter.
Gameten
Die Gameten sind die Geschlechtszellen oder Keimzellen.
Herz-Kreislaufsystem
Der Blutkreislauf der Wasserschnecken ist weitgehend offen. Im Haemocoel befindet sich die Haemolymphe (Blut). Je nach Art besteht der Blutfarbstoff aus rotem Hämoglobin oder bläulichem Hämocyanin.
Aorta
Die vordere und hintere Aorta führt zum Herzen und endet im Haemocoel, wo das Blut offen kreist.
Perikard
Das Perikard ist der Herzbeutel und umschließt das Herz (Ventrikel) und die Aurikel.
Ventrikel
Der Ventrikel ist die Herzkammer, die die Blutflüssigkeit ansaugt und das Blut durch die Aorta an den Kiemen vorbei in Richtung Kopf pumpt.
Herzvorhöfe
Die Herzvorhöfe (Aurikel) sind paarig. Nur die Altschnecken (Neritidae) haben zwei Aurikel, alle anderen Schnecken besitzen nur einen.
Ausscheidungsorgane
Metanephridien
Die Metanephridien sind Kanäle, die mit dem Herzbeutel verbunden sind, nach außen führen und der Harnausscheidung dienen.
Nierenporen
Die Nierenporen liegen links und rechts hinten unter dem Gehäuse und dienen der Harnausscheidung.
Atmungsorgane
Neben Arten mit Kiemenatmung gibt es auch Wasserschnecken mit einer Lunge. Die Kiemen der Süßwasserschnecken liegen vor dem Herzen. Kiemenatmende Schnecken können nicht ertrinken, weil sie den Sauerstoff aus dem Wasser ziehen. Lungenschnecken brauchen immer freien Zugang zur Wasseroberfläche.
Hintere Mantelhöhle
Die hintere Mantelhöhle beinhaltet und schützt den Darmausgang, die Nierenausgänge und Chemorezeptoren. Bei den Neritiden befindet sich hier auch der Kristallsack, in dem mineralische unverdauliche Bestandteile gesammelt werden.
Kriechfuß
Der flache Fuß dient der Fortbewegung. Am Fuß kann man auch den Futterzustand der Schnecke erkennen. Kopf und Fuß werden unter dem Begriff "Cephalopodium" zusammengefasst.
Retraktormuskeln
Die Retraktormuskeln sind die starken Muskeln des Fußes. Mit ihrer Hilfe kann die Schnecke kriechen und graben.
Innere Anatomie von Garnelen
Unter dem zähen Panzer besitzen Garnelen ein spannendes Innenleben. Spricht man von der inneren Anatomie bei den Atyidae, meint man vor allem das Nervensystem, das Herz-Kreislaufsystem, die Atmungsorgane, den Verdauungstrakt und die Ausscheidungsorgane, aber auch die Fortpflanzungsorgane. Die Mehrzahl der inneren Organe befindet sich bei den Zehnfußkrebsen und damit auch bei den Garnelen im Cephalothorax (Kopf-/Brustbereich). Im Hinterleib liegen vorwiegend kräftige Muskeln, außerdem verläuft hier der Darm.
Nervensystem
Das Nervensystem ist bei Garnelen nicht nur für die Steuerung der Organe, Muskulatur, der Mundwerkzeuge, Antennen und Beine zuständig, sondern es steuert auch die Produktion von Hormonen, die z.B. bei der Häutung oder Fortpflanzung eine wichtige Rolle einnehmen. Des Weiteren werden hier Sinneswahrnehmungen verarbeitet. Das "Gehirn" einer Garnele besteht aus einem Nervenknoten, dem Zerebralganglion. Genau genommen besteht dieses Ganglion aus drei verschmolzenen Nervenknoten, dem Oberschlundganglion und den beiden Vorderganglien. Das Zerebralganglion liegt am Beginn einer Kette von mehreren Nervenknoten (Ganglien), dem sogenannten Strickleiternervensystem. Diese Ganglien sind durch längs und quer verlaufende Nervenstränge miteinander verbunden. Diese Struktur verläuft bis zum Hinterende der Garnele. Pro Segment gibt es ein Ganglienpaar.
Kreislaufsystem
Garnelen haben für Krebstiere ein relativ komplexes Herz-Kreislaufsystem. Sie haben keinen geschlossenen Blutkreislauf wie etwa der Mensch, sondern ein sogenanntes offenes Kreislaufsystem. Das heißt, dass das längliche röhrenförmige Herz das sauerstoffreiche, von den Kiemen kommende Blut (genannt Hämolymphe) durch acht Arterien pumpt, welche sich etwas verzweigen und in sogenannten „Lakunen“ (Austrittsöffnungen) enden. Das Blut verlässt die Arterien und umströmt dann in der Körperhöhle, dem Hämocoel, die mit Sauerstoff und Nährstoffen zu versorgenden Organe. Garnelen haben keine Venen, die die Hämolymphe wieder zum Herzen zurückbefördern würden. Nachdem die Hämolymphe die Kiemen passiert hat und so wieder mit Sauerstoff angereichert wurde, tritt sie durch seitlich liegende Ventilklappen (Ostien) wieder in das Herz ein, um von hier aus den Kreislauf erneut zu beginnen.
Atmung
Die 14 Kiemenpaare liegen direkt über dem Ansatz („Basispodit“) der Schreitbeine geschützt und nicht sichtbar in der vom Carapax umschlossenen Kiemenhöhle. Bei transparenten Garnelen kann man die Kiemen und sogar das schlagende Herz durch den Panzer hindurch gut erkennen. In den Kiemen in der Kiemenkammer findet der Gasaustausch statt: Durch Stoffwechselvorgänge entstandenes CO2 diffundiert hier aus dem Blut ins Wasser, Sauerstoff wird aufgenommen. Der sogenannte Scaphognathit, ein flächig ausgebildeter Anhang des zweiten Mundwerkzeugpaares (Epipodit der zweiten Maxille), erzeugt in der Kiemenhöhle den Atemwasserstrom. So wird dauerhaft Frischwasser zu den Kiemen befördert und Altwasser ausgeströmt.
Verdauungstrakt
Bei Garnelen und Krebsen kann man von vorne sehr gut die Mundöffnung mit den Mundwerkzeugen erkennen. Nach einer relativ kurzen Speiseröhre (Ösophagus) folgt der Magen, welcher in zwei Kammern aufgeteilt ist. Die vordere Kammer, der Kropf, dient der Speicherung der Nahrung. Danach folgt der Kaumagen. Hier werden die Nahrungsbestandteile von der sogenannten Magenmühle, drei harten Zacken, weiter zerkleinert. Die Verdauungsdrüse gibt Enzyme an den Magen ab, die beim Aufschließen der Nahrung helfen. Durch den Pylorus (den Pförtner) wird die Nahrung gefiltert und in feste und feine Bestandteile zerlegt. Dann gelangt die Nahrung in den Mitteldarmkomplex (Hepatopankreas). Hier werden Nährstoffe entzogen. Die nicht verdaulichen Reste werden in den Mitteldarm geschoben und dann an den Enddarm abgegeben, von wo sie durch die Afteröffnung ausgeschieden werden.
Ausscheidungsorgane
Der Darm der Garnele verläuft entlang des Rückens und ist bei Garnelen oft als Linie bis zum Mittelteil des Schwanzfächers (Telson) erkennbar. Je nachdem, was die Tiere gefressen haben, kann der Darmfaden unterschiedlich gefärbt sein. Ob Garnelen gut versorgt sind, kann man am Darm sehen - ist er gleichmäßig gefüllt, kann man davon ausgehen, dass die Krabbeltiere nicht hungern müssen. Die Muskulatur schiebt die Nahrung dabei wellenförmig durch den Darm durch. Die Grüne Drüse stellt zusammen mit den Antennendrüsen den Harnausscheidungsapparat dar. Dabei entzieht die Grüne Drüse dem Harn Ionen und sorgt so mit dafür, dass die Ionenkonzentration im Körper der Garnele stabil bleibt.
Fortpflanzungsorgane
Bei männlichen Garnelen befinden sich die Hoden im Nackenbereich, bei weiblichen geschlechtsreifen Garnelen liegen hier die paarigen Eierstöcke, in denen die Eier produziert werden. Gerade bei durchsichtigen Tieren kann man den Eifleck sehr gut erkennen, er ist ein sicheres Zeichen zur Geschlechterunterscheidung bei Garnelen. Von den Eierstöcken aus führt der Eileiter nach unten zur Austrittsöffnung am Übergang von Kopfpanzer und Pleon. Sind die Eier reif, wartet das Garnelenweibchen bis zur Häutung. Nur danach ist das Tier weich genug, um seine Eier unbeschadet auszupressen. Nach der Paarung drückt das Garnelenweibchen seinen Laich am bei der Paarung angehefteten Spermatophor des Männchens vorbei aus dem Körper und befestigt sie an seinen Schwimmfüßen.
Ältestes Herz-Kreislauf-System gefunden
Bereits vor einer halben Milliarde Jahren gab es Tiere mit einem komplexen Herz-Kreislauf-System. Das beweist das garnelenähnliche Meerestier Fuxianhuia protensa, das vor etwa 520 Millionen Jahren im Gebiet des heutigen China lebte. Seine 7,5 Zentimeter lange Versteinerung haben Forscher nahe der Stadt Kunmin gefunden. "Das ist das erste erhaltene Herz-Kreislauf-System, das wir kennen", sagt Nicolas Strausfeld von der University of Arizona in Tucson. Mit Forschern aus China und Großbritannien stellt er den Fund in der Zeitschrift "Nature Communications" vor.
Da Weichteile toter Tiere schnell verwesen, sei das Fossil des ausgestorbenen Gliederfüßers ein Ausnahmefund, schreiben die Wissenschaftler. Vergleiche mit anderen Fossilien schlossen aus, dass die Spuren vom Nervensystem oder vom Darm stammen. Die Anatomie lässt Rückschlüsse auf die Lebensweise des Tiers zu: "Wegen der guten Blutversorgung des Gehirns können wir davon ausgehen, dass es ein sehr aktives Tier war, das aus vielen Verhaltensmöglichkeiten wählen konnte", sagt Strausfeld. Das gut durchblutete Sinnessystem mit Augen und Fühlern unterstütze die Vermutung, dass frühe Gliederfüßer sehr mobil nach Beute suchten.
Weshalb das Herz-Kreislauf-System in dem Fossil so gut erhalten blieb, wissen die Forscher nicht. Mit bildgebenden Verfahren machten sie das lang gestreckte Herz und die Blutgefäße bis zu den Fühlern am Kopf sichtbar. Stattdessen fanden sie Parallelen zur Anatomie moderner Gliederfüßer, etwa eine Hauptader am Rücken, von der paarweise Adern nach links und rechts abzweigen. Mehrere Arterien führen zum Gehirn, ein Muster, das modernen Krebstieren stark ähnelt.
Zusammenhang zwischen Nahrungsmittelallergien und Herz-Kreislauf-Erkrankungen
Menschen, die sensibel auf bestimmte Nahrungsmittel reagieren, tragen ein deutlich höheres Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Tückischerweise betrifft das womöglich ausgerechnet jene Personen, deren allergische Reaktion weniger ausgeprägt ist und keine Symptome verursacht.
Ein Team um Corinne Keet von der University of North Carolina fand heraus, dass im Verlauf eines Beobachtungszeitraums von durchschnittlich rund zehn Jahren deutlich mehr Personen mit erhöhten lebensmittelspezifischen IgE-Spiegeln an einer Herz-Kreislauf-Erkrankung verstorben waren als Menschen, die keine Hinweise auf eine solche Sensibilisierung gezeigt hatten. Das Risiko der Betroffenen für einen tödlichen Herzinfarkt oder Schlaganfall war um 70 Prozent höher als für nicht sensibilisierte Personen. Am deutlichsten war der Zusammenhang in der Gruppe der Personen mit einer Sensibilisierung auf Milchprodukte. Hier war das Risiko für einen Herz-Kreislauf-bedingten Tod sogar doppelt so hoch wie bei Menschen ohne Neigung zu einer Nahrungsmittelallergie.
Allerdings sind die Ergebnisse mit Vorsicht zu bewerten, da bislang nur ein statistischer Zusammenhang festgestellt wurde. Es ist noch kein Beweis dafür, dass Nahrungsmittelallergien tatsächlich das Risiko eines Herz-Kreislauf-bedingten Todes erhöhen.
Die Forscher vermuten, dass Lebensmittel-IgEs spezialisierte Immunzellen, die sogenannten Mastzellen, aktivieren. Eine anhaltende Aktivierung dieser Zellen könnte hier Entzündungen fördern und zu schädlichen Plaque-Ablagerungen beitragen, die Herzinfarkte und andere Herzschäden verursachen. Besonders betroffen wären dann Menschen, welche die Lebensmittel, auf die ihr Immunsystem sensibel reagiert, weiter konsumieren. Das dürfte vor allem bei jenen mit einer stillen Immunreaktion der Fall sein - also bei Menschen, die trotz erhöhter spezifischer IgE-Spiegel keine allergischen Symptome verspüren.
Interessanterweise scheinen Menschen, die auf Inhalationsallergene wie bestimmte Pollen oder Allergene von Hausstaubmilben reagieren, kein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu haben.