Gesundheit: Jäger in der Nacht

Eine Nacht in der Wüste, kühl und stockfinster. Kein Geräusch stört die Totenstille. Durch den kalten Sand wuselt lautlos eine Maus. Sie ist klein, sie ist vorsichtig, sie nutzt den Schutz der Dunkelheit. Umsonst. Plötzlich kommt ein Schlag aus der Schwärze, kraftvoll und zielgenau. Die Maus ist rasch tot. Sie verschwindet im Rachen einer Grubenotter, die reglos auf der Lauer lag.

„Es ist verblüffend, mit welcher Präzision Grubenottern in der Dunkelheit angreifen“, sagt Leo van Hemmen, theoretischer Biophysiker an der TU München. Er erforscht das Sinnessystem jener Wüsten bewohnenden Schlangen. Grubenottern besitzen neben Augen auch Grubenorgane. Das sind kleine Vertiefungen im Kopf der Schlange, mit denen das Tier Wärmestrahlung wahrnimmt. Auch Boiden (Riesenschlangen), darunter Boas und Pythons, haben solche Organe. Damit können sie Beutetiere im Finstern erkennen.

Die Exaktheit, mit der das geschieht, stellt die Forscher vor ein Rätsel. Grubenottern jagen zum Beispiel auch Ratten. Das sind extrem gefährliche Tiere. Rattenfängern im Mittelalter drohte stets der Tod: In die Enge getrieben, greifen die Nagetiere gezielt die Halsschlagader des Menschen an. Wenn die Grubenotter eine Ratte attackiert, muss sie diese sofort töten, um nicht selbst verletzt zu werden. Den Schlangen gelingt das, indem sie die Ratten punktgenau hinter die Ohren treffen. Dies beherrschen sie sogar mit verbundenen Augen – also nur unter Benutzung der Grubenorgane.

Unklar ist, wie sie das genau machen. Die Grubenorgane liefern nur ein unscharfes Abbild der Umwelt. Ein Grubenorgan funktioniert wie eine Lochkamera: Die Wärmestrahlung fällt durch eine kleine, runde Öffnung und trifft auf eine dünne Membran, eine Art Netzhaut. Diese Membran enthält Sinneszellen, die umso stärker gereizt werden, je mehr Wärme sie abbekommen. Die Signale der Sinneszellen werden ins Gehirn geleitet, das daraus ein Abbild der Umgebung rekonstruiert.

Eine Lochkamera liefert umso schärfere Abbildungen, je kleiner ihre Öffnung ist. Da erscheinen die Grubenorgane der Schlangen als absolute Fehlkonstruktionen. Ihre Öffnungen sind nämlich riesig: Sie durchmessen einen Millimeter, was in etwa der Größe des kompletten Organs entspricht. Das Loch ist also fast so groß wie die gesamte Kamera. „Das Abbild, das auf der Membran des Grubenorgans entsteht, besitzt eine äußerst schlechte optische Qualität“, sagt van Hemmen. Die Schlange sieht damit zunächst nicht mehr als einen verschwommenen Fleck.

Wie schafft sie es, diesen Fleck als ein bestimmtes Beutetier zu interpretieren, geschweige denn einzelne Details an dem Tier zu erkennen? Wahrscheinlich, so van Hemmen, rekonstruiert sie das Bild neuronal, das heißt im Gehirn. Eine Fähigkeit, die die Schlange wohl in der Jugend lernt. Sie hat ja zwei optische Sinnessysteme: die Grubenorgane und die Augen. Beide blicken in die gleiche Richtung und haben ungefähr das gleiche Gesichtsfeld. Versuche zeigten, dass die Informationen beider Sinnessysteme im Gehirn offenbar überlagert und miteinander verglichen werden. Die dafür zuständige Gehirnregion heißt tectum opticum (Sehdach).

„Wir vermuten, dass die Augen sozusagen Lehrer für die Grubenorgane sind“, sagt van Hemmen. Junge Schlangen erblicken Beutetiere tagsüber gleichzeitig mit beiden optischen Systemen. Die Augen melden, wie das Tier aussieht, die Grubenorgane liefern das dazu passende Wärmebild. Lernt die Schlange, beides im Gedächtnis zu verknüpfen, kann sie aus dem unscharfen Wärmebild ein halbwegs scharfes Abbild der Umwelt rekonstruieren – selbst bei vollkommener Finsternis.

Den Mechanismus des Rekonstruierens erforscht van Hemmen. Es ist ein kompliziertes Wechselspiel zwischen den Sinneszellen des Grubenorgans und den Gehirnzellen. Entscheidend scheint die Empfindlichkeit des Grubenorgans zu sein: Die Schlange erkennt Temperaturunterschiede von einem Tausendstelgrad. Diese Genauigkeit braucht sie, um genügend Informationen über die Umwelt zu bekommen. Van Hemmen und seine Mitarbeiter Andreas Sichert und Paul Friedel veröffentlichen ihre Forschungsergebnisse demnächst in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“.

Warum aber haben die Grubenorgane überhaupt so große Öffnungen? „Die Öffnungen müssen so groß sein, damit pro Zeiteinheit genügend Strahlung hindurchkommt“, erläutert van Hemmen. Wären sie kleiner, entstünden zwar schärfere Abbilder, doch die erforderliche Belichtungszeit wäre länger. Zeit, die nicht zur Verfügung steht: Die Beutetiere tauchen immer nur für einen kurzen Moment auf.

Übrigens können Grubenottern mit ihren Wärmesensoren nur bewegte Ziele wahrnehmen. Ruhende Objekte blendet ihr Gehirn von vornherein aus: zu uninteressant, da vermutlich nicht fressbar. Kann man sich also vor einer angreifenden Grubenotter retten, indem man einfach still stehen bleibt? „Das wäre keine gute Idee“, sagt van Hemmen. Denn „bewegt“ bezieht sich hier auf die Schlange. Die Otter sieht ruhende Ziele nur dann nicht, wenn sie selbst ruht. Kriecht sie, verschieben sich die Objekte in ihrem Gesichtsfeld – und werden gesehen. „Wenn Sie reglos ausharren, bewegt sich einfach die Schlange auf Sie zu und erkennt Sie dadurch“, sagt van Hemmen, „ihr Sinnessystem meldet ihr dann: Da ist ein leckeres Appetithäppchen aufgetafelt.“