Nervenzellen haben einen besonders hohen Sauerstoffbedarf. Schon wenige Minuten ohne den lebenswichtigen Energieträger können irreversible Schäden hervorrufen. Wird bei einem Menschen beispielsweise nach einem Schlaganfall das Gehirn kurzzeitig nicht ausreichend durchblutet, sterben die betroffenen Neuronen ab und lassen sich nicht wiederherstellen. Besonders dicht gepackt liegen die Nervenzellen in der Netzhaut. Bei den meisten Tieren ist diese deshalb von einem dichten Netz aus Blutgefäßen durchzogen, die die Energieversorgung gewährleisten.
Mysteriöse Struktur im Fokus
Eine Ausnahme bilden die Vögel: „Bei Vögeln fehlt der Netzhaut das innere Blutgefäßsystem“, erklärt ein Team um Christian Damsgaard von der Universität Aarhus in Dänemark. „Das wirft die Frage auf, wie ein derart stoffwechselintensives Nervengewebe ohne Durchblutung funktionieren kann.“ Seit Jahrhunderten lautete die vorherrschende Erklärung, dass die Netzhaut auch ohne Blutgefäße Sauerstoff erhält, und zwar durch eine für Vögel einzigartige Struktur namens Pecten oculi. Dabei handelt es sich um ein kammartiges, stark durchblutetes Organ, das in den Glaskörper des Vogelauges hineinragt. Diese Struktur ist seit dem 17. Jahrhundert bekannt, doch ihre genaue Funktion blieb spekulativ.
Damsgaard und seine Kollegen haben nun den Sauerstoffgehalt in der Netzhaut von Tauben, Hühnern und Zebrafinken gemessen und dabei festgestellt: In den inneren Schichten der Netzhaut herrscht ein dauerhafter Sauerstoffmangel. Etwa die Hälfte des Netzhautgewebes muss ohne Sauerstoff auskommen. Doch woher nehmen die Nervenzellen dann die Energie, um ihre Funktion aufrechtzuerhalten? Um diese Frage zu klären, untersuchten die Forschenden die Genexpression in verschiedenen Teilen der Vogelnetzhaut. „Wir haben nicht nur ein oder zwei Gene untersucht, sondern 5.000 bis 10.000 Gene auf einmal, die jeweils einem bestimmten Ort zugeordnet wurden“, sagt Damsgaard. „Das gab uns eine Art molekulares GPS.“
Anaerober Zuckerabbau
Die Daten zeigten: In den sauerstoffarmen inneren Schichten der Netzhaut waren Gene aktiv, die an der sogenannten anaeroben Glykolyse beteiligt sind, also am Abbau von Zucker ohne Sauerstoff. Dieser Prozess liefert allerdings pro Glukosemolekül fünfzehnmal weniger Energie, als wenn der Zucker einfach unter Einsatz von Sauerstoff verbrannt wird. „Diese Diskrepanz warf eine weitere Frage auf“, sagt Damsgaards Kollege Jens Nyengaard: „Wie kann eines der energiehungrigsten Gewebe im Körper mit einem so ineffizienten Prozess überleben?
Die Antwort lieferten weitere Bildgebungsstudien, in denen die Forschenden Zuckermoleküle radioaktiv markierten, um ihren Weg zu den Nervenzellen zu verfolgen. Demnach nimmt die Netzhaut von Vögeln viel mehr Zucker auf als der Rest des Gehirns. Hier kommt der Pecten oculi ins Spiel: Er transportiert Glukose zur Netzhaut und entfernt den Abfallstoff Laktat, der bei der anaeroben Verstoffwechselung entsteht. Damit bildet die seit Jahrhunderten rätselhafte Struktur tatsächlich eine Schnittstelle zwischen der undurchbluteten Netzhaut und dem Blutkreislauf – nur nicht, wie zuvor angenommen, für Sauerstoff, sondern für Glukose. „Der Pecten ist kein Sauerstofflieferant. Er ist ein Transportsystem, das Brennstoff hinein- und Abfallstoffe hinausbefördert“, sagt Nyengaard.
Von der Evolution für die Medizin lernen
Evolutionär hatte dieses System für Vögel wahrscheinlich den Vorteil, dass sie dadurch weiter und schärfer sehen können. Denn wenn Blutgefäße die Netzhaut durchziehen, können sie das einfallende Licht streuen und dadurch die Auflösung des wahrgenommenen Bildes verringern. Die Toleranz der Sehzellen gegenüber Sauerstoffmangel ist überdies wichtig, wenn Vögel in große Höhen vordringen, in denen die Luft dünn ist. Wären ihre energieintensiven Augen auf Sauerstoff angewiesen, käme es bei weitreichenden Höhenflügen zum Zelltod und damit zum Verlust der Sehkraft.
Womöglich könnte auch die Medizin etwas vom Vogelauge lernen. „Bei Erkrankungen wie Schlaganfällen leiden menschliche Gewebe darunter, dass die Sauerstoffversorgung reduziert ist und sich Stoffwechselabfälle ansammeln“, sagt Nyengaard. „In der Netzhaut von Vögeln sehen wir ein System, das auf ganz andere Weise mit Sauerstoffmangel umgeht. Wir hoffen, dass das Verständnis dieser evolutionären Lösung neue Denkansätze dafür liefern kann, warum Gewebe bei Sauerstoffmangel im Krankheitsfall versagen und wie solche Krankheiten behandelt werden können.“
Quelle: Christian Damsgaard (Universität Aarhus, Dänemark) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09978-w
