Erste Röntgenaufnahmen von Froschfütterungen zeigen, wie sie Beute fressen

Der Ausdruck „seine Zunge schlucken“ gibt es mindestens seit den 1880er Jahren und wurde in mehreren Sprachen umfunktioniert, um alles zu bedeuten, von Verstummen bis zu einem allgemeinen Gefühl der Angst. Während es für einen Menschen anatomisch unmöglich ist, seine Zunge zu schlucken, a neue Studie zeigt, dass Aga-Kröten (Rhinella marina) dieses Kunststück jedes Mal vollbringen, wenn sie fressen.

Die Autoren verwendeten Röntgenvideographie, um das Fressverhalten der Kröten zu untersuchen, und lieferten einen ersten Eindruck davon, was Frösche mit Nahrung tun, sobald sie sicher in ihrem Mund ist. Ihren Ergebnissen zufolge schlucken Aga-Kröten ihre Beute mithilfe eines komplexen Riemenscheibensystems aus Knorpel und Muskeln, das so weit durch ihren Hals wandert, dass es gegen ihr Herz stößt.

„Wir wissen viel darüber, wie Frösche ihre Zunge ausstrecken und wie sie an ihrer Beute haften bleibt, aber vor dieser Studie war im Wesentlichen alles, was passiert, nachdem sie ihren Mund geschlossen haben, ein Rätsel“, sagte Hauptautorin Rachel Keeffe, die die Forschung währenddessen abgeschlossen hat arbeitet an ihrem Doktortitel an der Fakultät für Biologie der Universität von Florida.

Schon 1827 waren Naturforscher von den Essgewohnheiten der Amphibien fasziniert. Aber Frösche sind blitzschnell darin, Beute zu fangen und zu verzehren – so schnell, dass es für das menschliche Auge fast unmöglich ist, ihre Bewegungen zu verfolgen. Erst mit der Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsvideos Mitte des 20. Jahrhunderts konnten Wissenschaftler direkt beobachten, wie sich Froschzungen wie ein Partyhorn entrollen und ihre unglücklichen Ziele in eine klebende Umarmung hüllen.

Schon damals konnten Wissenschaftler nur vermuten, wie sie ihre Nahrung schluckten. Einige theoretisierten, dass Frösche ihre Zunge benutzten, um Nahrung direkt in ihre Kehlen zu deponieren, während andere vorschlugen, dass sie Nahrung vorwärts schoben, indem sie ihre Augen zudrückten. Aber keine dieser anfänglichen Ideen konnte die seltsamen Strukturen erklären, die Forscher bei Sektionen in Froschmäulern fanden.

Viele Froscharten haben zwei Sätze zahnartiger Zähne auf dem Gaumendach, und zahnlose Kröten haben Grate entlang ihres oberen Gaumens, die einem Waschbrett ähneln. Amphibien haben auch eine knorpelige Platte namens Zungenbein, die Schlaufen und Zinken an den Muskeln hat und die Keeffe mit einer Marionette vergleicht. Die Zungenbeinplatte ruht auf dem Mundboden, und ihre Funktion in Bezug auf die Fähigkeit der Frösche, Beute zu schlucken, war völlig unbekannt.

Um herauszufinden, wie Frösche ihre Nahrung manipulierten, befestigten Keeffe und ihre Kollegen Metallperlen an Schlüsselstellen im Maul von Aga-Kröten, Rhinella marina. Mit einer Länge von bis zu 15 cm sind Aga-Kröten eine der größten Froscharten, was sie zum perfekten Exemplar macht, um die schnellen und winzigen Bewegungen zu beobachten, die sie beim Fressen machen.

Nachdem Keeffe die Kröten in eine durchsichtige Beobachtungsbox gelegt hatte, fütterte sie sie mit einem stetigen Strom Grillen, während sie sie mit Röntgenaufnahmen filmte. Eine erste Prüfung der resultierenden Videos ergab einen Mechanismus, der anders war als erwartet.

„Zuerst waren wir uns nicht sicher, was los war“, sagte Keeffe. „Der ganze Mundboden wurde nach hinten in den Rachen gezogen und die Zunge mit.“

Keeffe verbrachte Monate damit, die Bewegungen akribisch in 3D-Animationen zu rekonstruieren, um genau zu bestimmen, wie der Apparat funktionierte. Dann illustrierte sie ein präzises Play-by-Play aus den Standbildern, beginnend mit dem Moment, in dem jede Grille ausgewählt und in den Mund gerollt wird.

Sobald die Zunge ihre volle Ausdehnung erreicht hat, zieht sich das Zungenbein in den Rachen zurück. Die Zunge, die direkt am Zungenbein befestigt ist, wird dann zurück in den Mund geschleudert. Es ist unklar, wie weit sich das Zungenbein zurückbewegen kann, weil sein Weg durch das Herz des Frosches blockiert wird, gegen das es Millisekunden nach oben gleitet, bevor die Zunge und die daran befestigte Beute in das Knorpelpolster einschlagen, erklärte Keeffe.

Obwohl die Kröte ihre Beute zu diesem Zeitpunkt erfolgreich erwischt hat, steht sie immer noch vor dem Problem, das erschütterte Insekt von ihrer klebrigen Zunge lösen zu müssen. Dies geschieht im letzten Fütterungsschritt, den die Autoren Hyoid dorsal aszension nannten.

„Das Zungenbein schießt nach oben und drückt die Zunge gegen den Gaumen, danach bewegt es sich nach vorne und kratzt im Wesentlichen die Nahrung in die Speiseröhre.“

Der letzte Aufstieg und die Kratzbewegung könnten das Vorhandensein von Graten und Reißzähnen am oberen Gaumen einiger Frösche erklären, sagte Keeffe. „Wenn das alle Frösche tun, dann spielen diese Strukturen definitiv eine Rolle beim Schlucken.“

Der gesamte Vorgang dauert von Anfang bis Ende weniger als zwei Sekunden, und die meiste Zeit wird damit verbracht, die Zunge und das Zungenbein nach dem Schlucken neu zu positionieren.

Unter den 7.000 bekannten Froscharten gibt es eine unglaubliche Vielfalt an Fressmechanismen, die von den geschossenen Zungen der Kröten bis zur Saugfütterung bei aquatischen Raupenfröschen reichen. Laut Keeffe wäre der nächste naheliegende Schritt eine vergleichende Studie zwischen verschiedenen Arten, um zu sehen, ob das Fressverhalten von Aga-Kröten eher die Regel als die Ausnahme ist.

Die Autoren veröffentlichten ihre Studie in der Fachzeitschrift Integrative Organismenbiologie.

Richard Blob von der Clemson University, David Blackburn vom Florida Museum of Natural History und Christopher Mayerl von der Northern Arizona University waren Co-Autoren der Studie.