Warum das menschliche Herz sich von den Herzen der Grossen Menschenaffen unterscheidet

Säugetiere – vom gewaltigen Blauwal bis zur winzigen Spitzmaus – leben heute fast überall auf der Erde. Ihre Fähigkeit, sich an sehr unterschiedliche Lebensräume anzupassen, beschäftigt die Wissenschaft seit Langem, denn jede Art hat eigene Merkmale entwickelt, um in ihrem Umfeld zu bestehen.

Trotz dieser enormen Vielfalt ging man bis vor Kurzem davon aus, dass Aufbau und Arbeitsweise des Herzens bei Säugetieren grundsätzlich gleich seien. Forschungen, die meine Kolleginnen und Kollegen und ich durchgeführt haben, zeigen jedoch: Das menschliche Herz ist eine Ausnahme. Es unterscheidet sich deutlich von den Herzen unserer nächsten Verwandten, den Grossen Menschenaffen – also Schimpansen, Bonobos, Orang-Utans und Gorillas.

Warum sind ausgerechnet wir Menschen also die „Ausreisser“?

Menschen als Ausreisser: Evolution, Haltung und Energiebedarf

Der Mensch trennte sich in der Evolution von den Schimpansen (Pan troglodytes) – bezogen auf den letzten gemeinsamen Vorfahren – vor etwa fünf bis sechs Millionen Jahren. Im weiteren Verlauf entwickelten wir uns jedoch zu aufrecht gehenden Lebewesen, die deutlich mehr Aktivität über längere Zeiträume ausüben konnten, etwa bei der Ausdauerjagd. Parallel dazu haben wir ein erheblich grösseres Gehirn ausgebildet.

Diese körperlichen Veränderungen gingen mit einem deutlich höheren Stoffwechselbedarf einher: Muskeln und Gehirn mussten mit mehr Blut versorgt werden, das pro Zeitspanne durch den Kreislauf gepumpt wird. Unsere Daten deuten darauf hin, dass sich das menschliche Herz an aufrechte Haltung, Bewegung und das grössere Gehirn angepasst hat.

In den vergangenen zehn Jahren haben wir weltweit Untersuchungen am Herz-Kreislauf-System von Grossen Menschenaffen durchgeführt. Möglich wurde das nur durch die Zusammenarbeit mit engagierten Tierärztinnen und Tierärzten sowie Pflege- und Betreuungsteams im Vereinigten Königreich, in Europa, Afrika und Asien.

Ein zentrales Element dieser Untersuchungen ist der Herzultraschall. Damit können wir den Aufbau und die Funktion des Herzens beurteilen: seine Grösse sowie die Art, wie sich der Herzmuskel zusammenzieht, verdreht und rotiert.

Trabekulationen im linken Ventrikel der Grossen Menschenaffen

Frühere Arbeiten von uns hatten bereits nahegelegt, dass die Struktur des menschlichen Herzens von der des Schimpansen abweichen könnte. Mithilfe von Herzultraschall stellten wir fest, dass der linke Ventrikel – die wichtigste Pumpkammer des Herzens – bei Schimpansen Muskelbündel enthält, die in einem netzartigen Muster angeordnet sind. Diese Struktur wird als „Trabekulationen“ beschrieben.

In der aktuellen Studie wollten wir prüfen, ob solche Trabekulationen auch bei den anderen Grossen Menschenaffen vorkommen – und wir konnten sie dort ebenfalls nachweisen. Beim Menschen hingegen ist die Innenwand des linken Ventrikels glatt. Besonders deutlich fällt der Unterschied am unteren Ende des linken Ventrikels aus: Dort ist die Glätte des menschlichen Herzens nahezu viermal so ausgeprägt wie bei unseren Verwandten unter den Grossen Menschenaffen.

Funktionelle Unterschiede: Twist und Rotation der Herzspitze

Unsere Ergebnisse beschränkten sich nicht auf den anatomischen Aufbau des linken Ventrikels. Wir fanden ausserdem einen wichtigen Unterschied in der Funktion. Mit einer speziellen Methode, der „Speckle-Tracking-Echokardiographie“, die die Bewegung des Herzmuskels während Anspannung und Entspannung verfolgt, untersuchten wir, wie sich der Muskel verdickt, verdreht, rotiert und in die Länge zieht.

Das Muster war eindeutig: Menschen – mit den geringsten Trabekulationen – zeigten während der Kontraktion eine deutlich stärkere Verdrehung und Rotation an der Herzspitze (dem Apex, also der Herzspitze). Nicht-menschliche Grosse Menschenaffen mit stark trabekulierten Herzen wiesen dagegen wesentlich weniger Bewegung in diesem Bereich auf.

Wir gehen davon aus, dass sich das menschliche Herz im Verlauf der Evolution von der trabekulierten Struktur, wie sie bei anderen Grossen Menschenaffen typisch ist, wegentwickelt hat, um das Verdrehen und Zusammenziehen effizienter zu machen. Diese stärkere Drehbewegung dürfte zusammen mit den glatten Ventrikelwänden ermöglichen, dass das menschliche Herz mit jedem Schlag ein grösseres Blutvolumen auswerfen kann.

Das passt zu den gesteigerten Anforderungen durch unsere körperliche Aktivität und unser grösseres Gehirn.

Insgesamt stellen unsere Befunde die Annahme infrage, dass die Herzstruktur bei Säugetieren einheitlich ist. Stattdessen scheinen sich – als Reaktion auf spezifische Umwelt- und Lebensanforderungen – feine, aber entscheidende Unterschiede in Anatomie und Funktion herausgebildet zu haben.

Herzerkrankungen

Auch wenn unsere aktuellen Ergebnisse neue Einblicke in die Entwicklung des menschlichen Herzens liefern, setzen wir unsere Analysen an den Herzen gefährdeter Grossen Menschenaffen fort. Leider sind Herzerkrankungen die häufigste Todesursache bei Grossen Menschenaffen in Menschenobhut.

Anders als beim Menschen scheinen Grosse Menschenaffen keine Koronararterienerkrankung zu entwickeln. Stattdessen durchläuft ihr Herzmuskel einen fibrotischen Prozess, also eine Vernarbung beziehungsweise Verdickung. Das führt zu einer schwächeren Kontraktion und zu einer erhöhten Anfälligkeit für Arrhythmien, also Störungen des Herzrhythmus. Was diese Erkrankung auslöst, ist bislang unklar. Deshalb führen wir im Internationalen Primatenherzprojekt weltweit Untersuchungen zur Herz-Kreislauf-Physiologie von Grossen Menschenaffen durch, um die Krankheit besser zu verstehen.

Bevor wir uns daran beteiligten, war über die normale Herz-Kreislauf-Physiologie von Grossen Menschenaffen nur wenig bekannt. Durch die Zusammenarbeit mit tierärztlichen Fachpersonen hat unsere Forschung wichtige Daten geliefert. Das verbessert sowohl unser Verständnis der Evolution des menschlichen Herzens als auch das Wissen über Erkennen, Diagnostik und Behandlung von Herzerkrankungen bei Grossen Menschenaffen.

Aimee Drane, Senior Lecturer und klinische Wissenschaftlerin, Fakultät für Medizin, Gesundheit und Biowissenschaften, Universität Swansea

Dieser Artikel wurde unter einer Creative-Commons-Lizenz aus The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.