So wie jeder Mensch einen einzigartigen Fingerabdruck hat, weisen auch viele Tierarten einzigartige Muster auf, darunter Zebras, Giraffen und Tiger. Selbst eineiige Zwillinge dieser Tierarten tragen unterschiedliche Fellzeichnungen. Die Grundlage dafür bildet der sogenannte Turing-Mechanismus, den der Mathematiker und Informatiker Alan Turing 1952 erstmals beschrieb. Demnach interagieren verschiedene genetische Faktoren während der Embryonalentwicklung so miteinander, dass sich aus einer Vielzahl möglicher Muster genau eines spontan herausbildet, das dann ein Leben lang bestehen bleibt.
Unterschiedliches Wachstum der Hautschichten
Auch bei Krokodilen bildet sich das Schuppenmuster am Körper durch einen Turing-Mechanismus. Anders sieht es dagegen am Kopf aus, wie ein Team um Gabriel Santos-Durán von der Universität Genf in der Schweiz nun nachgewiesen hat. Die individuelle Anordnung der Kopfschuppen geht bei den Krokodilen demnach nicht auf genetische Interaktionen zurück. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Vielfalt der Kopfmuster bei den Krokodilarten auf evolutionäre Veränderungen einfacher mechanischer Parameter zurückzuführen ist, zum Beispiel auf das unterschiedlich schnelle Wachstum und verschiedene Materialeigenschaften der verschiedenen Hautschichten“, erklären die Forschenden.
Bereits frühere Studien hatten darauf hingedeutet, dass die Muster der Kopfschuppen bei Krokodilen durch mechanische und nicht durch genetische Mechanismen entstehen könnten. Der genaue Ablauf war allerdings noch unklar. Um Einblicke in die zugrundeliegenden Prozesse zu gewinnen, haben Santos-Durán und sein Team nun Experimente mit Krokodilembryos durchgeführt und ein Computermodell erstellt, das das Wachstum und die Faltung der Haut am Kopf der sich entwickelnden Reptilien simuliert.
Von Falten zu Schuppen
Zunächst beobachteten die Forschenden die normale Entwicklung von Nilkrokodil-Embryos, die etwa 90 Tage dauert. „Bis zum 48. Entwicklungstag erscheint der Kopf weitgehend glatt“, berichtet das Team. „Danach bildet die Haut Falten und die Schuppenränder breiten sich über die Hautoberfläche aus, bis am 63. Entwicklungstag sowohl der Unter- als auch der Oberkiefer von unregelmäßigen Schuppen bedeckt sind.“ Grund dafür ist näheren Analysen zufolge, dass die Oberhaut schneller wächst als die darunterliegenden Schichten. Dadurch wölbt sie sich, bildet Falten und schließlich das typische Schuppenmuster.
Im nächsten Schritt veränderte das Forschungsteam künstlich die Eigenschaften der Haut von Krokodilembryos. Dazu injizierten ein Hormon namens Epidermal Groth Factor (EGF) in die Krokodileier. Dieses fördert das Wachstum und die Versteifung der Oberhaut. Tatsächlich sorgte dieser Eingriff dafür, dass ein deutlich anderes Schuppenmuster am Kopf der Embryos entstand: „Wir sahen, dass sich die Haut des Embryos abnormal faltet und ein labyrinthartiges Netzwerk bildet“, berichtet Santos-Durán. Bis zum Schlüpfen der EGF-behandelten Krokodile entwickelt sich dieses Faltennetz zu einem Muster aus viel kleineren Schuppen als gewöhnlich. „Dieses Muster aus kleinen Schuppen ist eher mit dem einer anderen Krokodilart, dem Kaiman, vergleichbar“, sagt Santos-Durán.
