Harnstoff – der Hauptbestandteil des menschlichen Urins – spielt eine wichtige Rolle bei der Reifung von Haien, Rochen und anderen Knorpelfischen.
Eine neue Studie von Forschern der Sea Around Us-Initiative am Institute for the Oceans and Fisheries der University of British Columbia hat herausgefunden, dass hohe Harnstoffkonzentrationen, die bei Knorpelfischen, insbesondere bei eierlegenden Meeresarten, häufig vorkommen, es ihnen ermöglichen, schneller zu reifen und sich zu vermehren Bruchteil ihrer maximalen Größe.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Umweltbiologie der Fische.
„Es ist seit langem bekannt, dass Knorpelfische im Vergleich zu Knochenfischen spät reifen, aber unsere Ergebnisse liefern einen mechanistischen Grund dafür, warum dies der Fall ist“, sagte Melanie Warren, die die Studie leitete, während sie ihr Masterstudium an der UBC abschloss.
„Unsere Ergebnisse sind wichtig, weil diese Fische sehr anfällig für den Fischereidruck sind. Wenn sie in großen Mengen gefangen werden, bevor sie die Chance hatten, sich zu vermehren, werden die Populationen dezimiert und deshalb sehen wir heute, dass 37 Prozent der Haie, Rochen und Rochen leben.“ und Sägefische sind vom Aussterben bedroht.“
Warren und Co-Autor Dr. Daniel Pauly, Hauptforscher von Sea Around Us, analysierten veröffentlichte Daten zur durchschnittlichen Länge bei der ersten Reife und zur maximalen Länge von fast 1.000 Arten von Knorpelfischen. Anschließend schätzten sie die Stoffwechselrate der Fische beider Größen und kombinierten die beiden Zahlen für jede Art und berechneten ihre „reproduktive Atemschwelle“ (RRT). Frühere Studien haben gezeigt, dass bei Erreichen eines solchen Wertes Reifung und Laichen ausgelöst werden.
Die Forscher stellten bemerkenswerte Unterschiede fest, als sie ihre Ergebnisse mit dem „1,36-Schwellenwert“ verglichen, der für Hunderte von Meeres- und Süßwasser-Knochenfischen und Wirbellosen geschätzt wurde.
Die beiden Extreme, die ihre Aufmerksamkeit am meisten auf sich zogen, waren der geschätzte „1,13-Schwellenwert“ für eierlegende Haie und Rochen im Meer und der geschätzte „1,33-Schwellenwert“ für lebendgebärende Süßwasserrochen.
„Diese Schwellenwerte sagen uns, dass eierlegende Haie und Rochen zu einem größeren Bruchteil ihrer maximalen Größe heranreifen als lebendgebärende Süßwasserrochen oder Knochenfische“, sagte Warren. „Mit anderen Worten: Wenn Graue Schnapper ausgewachsen sind, wenn sie 40 bis 50 Prozent ihrer maximalen Länge erreicht haben, sind Hammerhaie ausgewachsen, wenn sie etwa 60 bis 70 Prozent ihrer maximalen Größe erreicht haben.“
Nachdem sie diese Schwellenwerte abgeschätzt hatten, begannen die Forscher, ihren Zusammenhang mit der Harnstoffretention zu untersuchen, da bekannt ist, dass viele Knorpelarten hohe Mengen an Harnstoff in ihren Körpergeweben und -flüssigkeiten konzentrieren, um einen übermäßigen Wasserverlust zu verhindern.
„Wir haben herausgefunden, dass Arten mit hoher Harnstoffretention in einem größeren Bruchteil ihrer maximalen Größe reifen als Arten, die wenig Harnstoff speichern“, sagte Warren. „Das war ein ‚Harnstoff-Ka‘-Moment.“
Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass Harnstoff, der bekanntermaßen bei der Regulierung des Säure-Basen-Haushalts bei Knorpelfischen hilft, als Puffer gegen den Säuregehalt fungiert, der durch die verringerte Sauerstoffaufnahme aufgrund des Wachstums und die daraus resultierende Verringerung der Sauerstoffversorgung verursacht wird.
„Wenn Fische wachsen, haben ihre zweidimensionalen Kiemen oder Atmungsorgane Schwierigkeiten, ihren sich entwickelnden dreidimensionalen Körper mit Sauerstoff zu versorgen. Diese verringerte Sauerstoffaufnahme beeinflusst die Geschwindigkeit, mit der Proteine – wesentliche Bestandteile der Zellen und Gewebe der Fische – auf natürliche Weise abgebaut oder „denaturiert“ werden „und neu synthetisiert, sodass der Organismus am Leben bleibt“, erklärte Dr. Pauly.
„Es gibt einen Punkt, an dem der für das Wachstum und die Neusynthese denaturierter Proteine erforderliche Sauerstoff sehr knapp wird und ein saures inneres Milieu entsteht, das den Fischen „sagt“, dass es Zeit ist, sich selbst zu regulieren und eine Hormonkaskade auszulösen, die stoppt.“ Wachstum, löst das Laichen aus und ermöglicht es ihnen, mehr Sauerstoff einzuatmen.
Dieser Prozess gilt zwar auch für Knorpelfische, doch ihre Harnstoffretention gleicht den durch die verminderte Sauerstoffaufnahme verursachten Säuregehalt aus und ermöglicht es ihnen, länger als Knochenfische weiterzuwachsen und die Reifung zu verzögern.
„Interessanterweise passiert dies nicht bei lebendgebärenden Süßwasserrochen, deren Schwelle näher an der von Knochenfischen liegt, da sie ihre Jungen über ihre Kiemen mit Sauerstoff versorgen und daher einem größeren Sauerstoffstress ausgesetzt sind als eierlegende Meeresrochen“, sagt Dr. Pauly sagte.
„Und noch interessanter ist, dass gezeigt wurde, dass lebendgebärende Süßwasserrochen die Fähigkeit, Harnstoff zu speichern, fast vollständig verloren haben. Dies verstärkt den Zusammenhang zwischen Atmung, Harnstoffspeicherung und dem Erreichen der ersten Reife bei Knorpelfischen.“
Mehr Informationen:
Melanie Warren et al., Die wahrscheinliche Rolle von Harnstoff bei der Verzögerung der Größe bei der ersten Reife ureosmotischer Chondrichthyes, Umweltbiologie der Fische (2024). DOI: 10.1007/s10641-024-01548-9