Das unmögliche Dilemma des Todesmolchs

• Rough-Skinned Newt (Taricha granulosa) ist die giftigste Molchart der Welt und lebt im Pacific Northwest der USA
• Zwischen diesem Molch und der garter snake (Thamnophis sirtalis) besteht ein evolutionäres Wettrüsten rund um Giftigkeit
• Die extreme Giftigkeit des Molchs hat sich zusammen mit der Resistenz der Schlange gegen Tetrodotoxin entwickelt, wobei beide Seiten einen Preis dafür zahlen
• Die garter snake nutzt die Strategie, dieses Gift in der Leber zu speichern, sodass auch sie für Fressfeinde giftig wird
• Die Details dieser Wechselwirkung und ihre Ausnahmefälle werden noch erforscht, und viele Rätsel sind weiterhin offen

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Warum der Todesmolch so giftig ist

• Taricha granulosa (Rough-Skinned Newt), der giftigste Molch der Welt, ist an der Küste des Pacific Northwest in Nordamerika verbreitet
• Das Gift eines einzelnen Tiers kann ausreichen, um mehrere erwachsene Menschen tödlich zu vergiften
• Der Molch ist giftig, aber nicht venomous. Das heißt, er beißt oder sticht nicht, und bei bloßem Kontakt ist man sicher, wenn man sich danach sehr gründlich die Hände wäscht

Der Grund für die extreme Giftigkeit des Molchs

• Viele Molche sind giftig, aber der grundlegende Grund, warum gerade Taricha granulosa außergewöhnlich giftig ist, liegt in einem Wettrüsten (arms race)
• Die garter snake (Thamnophis sirtalis) in dieser Region entwickelt eine Resistenz gegen Tetrodotoxin weiter, denselben Giftstoff wie beim blue-ringed octopus, und der Molch hat im Gegenzug immer stärkere Giftigkeit entwickelt
• Tetrodotoxin wird von symbiotischen Bakterien produziert, die auf der Haut des Molchs leben
• Je stärker die Resistenz der Schlange wird, desto stärker wird auch die Giftigkeit des Molchs, und dieser Prozess setzt sich als Feedback-Schleife fort

Der Preis von Giftigkeit und Resistenz

• In der Natur hat alles seinen Preis, und der Molch muss für höhere Giftigkeit eine größere Stoffwechselbelastung in Kauf nehmen, um mehr Bakterien aufrechtzuerhalten
• Stärker giftige Molche benötigen mehr Kalorien, was sich nachteilig auf ihr Überleben auswirkt
• Umgekehrt hat auch die Tetrodotoxin-Resistenz der Schlange ihren Preis. Die biochemischen Veränderungen im Nervensystem, die für diese Resistenz nötig sind, können sich in neurologischen Funktionsstörungen, verlangsamten Reflexen und feinen Verhaltensänderungen äußern
• Garter snakes außerhalb des Pacific Northwest haben nur eine schwache Resistenz und sterben daran. Das heißt, die Entwicklung von Resistenz ist eindeutig mit Kosten verbunden

Warum garter snakes giftige Molche fressen

• Auch die Entwicklung von Resistenz ist schwierig, und beim Fressen des Molchs erleben die Schlangen Juckreiz, Erbrechen und Unwohlsein, trotzdem fressen sie die Molche weiterhin
• Der Grund: Garter snakes schützen sich vor Fressfeinden, indem sie nach dem Fressen von Molchen Tetrodotoxin in der Leber anreichern. Sie können das Gift jedoch nicht selbst herstellen, und mit der Zeit verschwindet die Giftigkeit wieder, sodass sie erneut Molche fressen müssen

Der evolutionäre Teufelskreis des Wettrüstens

• Molche mit schwächerer Giftigkeit werden gefressen, und Schlangen mit geringerer Resistenz können keine Molche jagen und daher auch kein Gift anreichern
• Der Molch kann keine aposematischen Warnfarbenmuster entwickeln, weil er dadurch für die Schlangen noch auffälliger und häufiger gefressen würde
• Die Giftigkeit steigt immer weiter, und die Resistenz der Schlangen nimmt ebenfalls zu — ein endloses evolutionäres Dilemma dauert an

Verschiedene Ausnahmen und weitere Rätsel

• In Regionen ohne garter snakes, etwa in Alaska, ist die Giftigkeit der Molche meist gering, einige bleiben jedoch weiterhin stark giftig
• Es gibt auch Regionen wie Vancouver Island, in denen trotz mehrerer Schlangenarten das Wettrüsten von Giftigkeit und Resistenz schwächer ausgeprägt ist
• Es gibt zudem die Frage, ob nicht nur der Molch, sondern auch die garter snake selbst aposematische Warnmuster entwickeln könnte. Allerdings gibt es dazu in der Forschung nur wenige Studien zu äußerlichen Veränderungen
• Auch das Ökosystem des Pacific Northwest selbst ist geologisch relativ jung, daher ist unklar, ob das aktuelle Wettrüsten ein dauerhaftes Phänomen ist
• Auch andere Molche der Gattung Taricha sind stark giftig, und die Taxonomie der Gattung Thamnophis ist ebenfalls komplex

Schlusswort

• Dieses Wettrüsten und das evolutionäre Dilemma sind Gegenstand vieler wissenschaftlicher Arbeiten, und es gibt noch immer viele ungelöste Rätsel
• Der Fall des Todesmolchs ist ein lebendiges Labor für die Themen Ko-Evolution, ökologische Wechselwirkungen und evolutionäre Kosten und bietet viel Raum für künftige Forschung

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Hacker-News-Kommentare

• Aus dem Text lässt sich die Behauptung herauslesen, dass die Evolution von Resistenzen immer mit Kosten verbunden sei, aber so zwingend scheint mir das nicht zu sein. Viele Tiere stehen schlicht nicht unter besonderem Druck, dieses Merkmal zu entwickeln oder aufrechtzuerhalten. Natürliche Selektion arbeitet keine Checkliste ab, sondern sorgt nur dafür, dass etwas bestehen bleibt, wenn es der Fortpflanzung nützt. Kühe sterben zum Beispiel nicht in großer Zahl an Tetrodotoxin-Vergiftungen, also besteht für sie gar keine Notwendigkeit, eine solche Resistenz zu entwickeln. Menschen können als Einzige kein Vitamin C synthetisieren; auch dieses Merkmal ging bei unseren Affenvorfahren zufällig verloren, und weil sie in einer fruchtreichen Umgebung lebten, bestand kein Anlass, es wiederzuerlangen. Vielleicht ist auch bei Schlangen Tetrodotoxin-Resistenz mit Kosten verbunden, aber betonen würde ich, dass das nicht zwingend so sein muss
  • Dreht man das Argument des Autors um, könnte man vermuten, dass wir viele Merkmale wie Toxinresistenzen, die kaum jemals gebraucht werden, einfach besitzen und behalten, weil sie fast keine Last darstellen. Wäre Tetrodotoxin-Resistenz so ein Merkmal mit geringen Erhaltungskosten, wäre sie vermutlich weiter verbreitet; dass sie es nicht ist, deutet darauf hin, dass die Kosten hoch oder zumindest nicht gering sind
  • Es gibt auch ein Kostenkonzept im Sinn des genetischen Lösungsraums. Wenn eine Einschränkung wegfällt, wird es möglicherweise leichter, sich an die übrigen Evolutionsdrücke anzupassen
  • Evolution ist eine Frage von Angebot und Nachfrage, Kosten und Nutzen, Möglichkeiten und Beschränkungen und letztlich auch von Glück
  • Da die Zahl der Tiere und Menschen, die an Tetrodotoxin-Vergiftung sterben, nicht null ist, gibt es in gewissem Maß durchaus Selektionsdruck. Wenn Resistenz ein billiges und leicht evolvierbares Merkmal wäre, hätten es womöglich alle entwickelt; daher kann man auch vermuten, dass die Kostenschwelle für Resistenz sehr hoch ist
  • Auch ohne tiefes Biologiewissen ist es frustrierend, Evolution nur über simple Kausalität erklären zu wollen
• Ich habe kürzlich etwas erfahren: In vielen Gärten in den USA gibt es eine tödliche Pflanze, unter der man fast stirbt, wenn man länger als zehn Minuten steht. Diese Pflanze ist die water-lily
  • Laut Wikipedia sind vascular cambia (Zellen für das Dickenwachstum von Pflanzen) in fünf Pflanzenlinien unabhängig voneinander verschwunden, vier davon sind Wasserpflanzen, darunter die water-lily, und es gibt die Ansicht von Wissenschaftlern, dass sich auch monocots vielleicht in einer Wasserumgebung entwickelt haben. Ich erinnere mich an die Theorie, dass Wasserpflanzen kein holziges Wachstum zur strukturellen Stabilität brauchen, aber ich finde die Quelle dafür nicht
  • Water-lily ist keine gefährliche Pflanze; manche Arten sind essbar oder werden medizinisch genutzt. Ist vielleicht peace lily oder calla lily gemeint? Beide sind nicht tödlich, können beim Verzehr aber Beschwerden verursachen. Tödlich ist eher water hemlock, der weiße Blüten hat
• Der Artikel ist spannend geschrieben, und mir kamen dabei einige Fragen: Schwach giftige Molche werden gefressen, Schlangen mit geringer Resistenz scheitern an der Beute. Es ist also eine fortlaufende arms race. Was mich interessiert: Woran erkennt die Schlange, wie giftig der Molch ist? Lässt sie manche Molche absichtlich in Ruhe und frisst andere, oder frisst sie einfach jeden, dem sie begegnet? Überleben stark giftige Molche am Ende eines Angriffs?
  • Ein passenderer Rahmen ist wohl dieser: Über lange Zeit haben sich in den Genen der Schlange sowohl eine Präferenz dafür verankert, genau diese Molche zu fressen, als auch eine Resistenz, mit der sie das Gift speichern kann. Schlangen, bei denen beide Gene zusammenkommen, können sich womöglich erfolgreicher fortpflanzen. Über Jahrtausende wiederholen sich solche Anpassungen, sodass Schlange und Molch wie in einem Wettrennen ständig aufeinander reagieren — eine Red-Queen-Situation. Dabei geht es nicht um Entscheidungen oder Bewusstsein, sondern um eingebaute Verhaltensmuster
  • Wie an anderer Stelle im Artikel erwähnt, spuckt die Schlange den Molch aus, wenn das Gift zu stark ist. Das ist ähnlich wie wenn ein Mensch eine zu scharfe Chili wieder ausspuckt
  • Laut Wikipedia entscheidet die garter snake tatsächlich, indem sie den Molch teilweise schluckt und dessen Giftigkeit sozusagen „kostet“. Wenn er schluckbar ist, frisst sie ihn, andernfalls spuckt sie ihn aus
  • Dem Kontext nach verschlingt die garter snake ihre Beute im Ganzen, daher können stark giftige Molche einen Fressversuch überleben. Deshalb entwickeln Molche weiter stärkere Gifte, und die Schlangen erhöhen nach und nach ihre Resistenz. So wiederholt sich das arms race immer weiter
• Ich mochte den Titel wirklich sehr, und der Artikel ist großartig. Etwas off topic, aber jedes Mal, wenn ich das Wort „newt“ sehe, muss ich daran denken, dass Karel Čapek in den 1920ern zuerst das Wort „robot“ geprägt und dann auch noch War with the Newts geschrieben hat, diese Geschichte über kluge Amphibien. Danke fürs Teilen
  • Als Franzose habe ich dieses Wort zum ersten Mal gesehen, und mein Gehirn übersetzt den Titel automatisch in etwa als „death news“
• Der Teil „Es stellt sich heraus, dass die garter snake Tetrodotoxin in der Leber speichert und dadurch auch für größere Räuber als sie selbst giftig wird“ — dieser Sekundäreffekt ist ein unglaublich spannender Punkt
• Der verlinkte Artikel über den blue-ringed octopus sei noch interessanter
  • Der Autor erwähnt gelegentlich die Sichtweise, dass wir riesige Roboter sind und Bakterien uns als Wirte benutzen, uns bewegen und durch uns evolvieren. Mit diesem Gedankengang kann ich mich anfreunden
  • Die Natur ist niemals freundlich
• Hier ein passender Link, der zeigt, dass die Immunität der Schlange im Vergleich zur örtlichen caddisfly eher schwach ist
• Ich lebe mein ganzes Leben in dieser Region, habe aber noch nie von einer Vergiftung durch Molche gehört, also scheint eine Vergiftung des Menschen durch Molche sehr selten zu sein
  • Als Kind habe ich im Wald und an Bächen oft mit diesen Molchen herumhantiert. So häufig waren sie
  • Ich lebe im PNW und sehe oft hundreds of garter snake und some newt, aber Rough-Skinned Newt habe ich noch nie gesehen. Ich wusste gar nicht, dass solche Tiere in meiner Umgebung vorkommen
• Bei der Aussage „Es stellt sich heraus, dass die garter snake Tetrodotoxin in der Leber speichert und dadurch auch für Räuber giftig ist“ frage ich mich, ob das wirklich so wirksam ist wie die unmittelbare Abwehr des Molchs, der das Gift in der Haut trägt. Der Molch kann einen Angriff überleben, weil der Räuber zubeißt und ihn dann wieder ausspuckt, aber bei der Schlange stirbt der Räuber erst, wenn er die Leber frisst, weshalb die abschreckende Wirkung weniger klar ist. Gerade wenn nur manche Schlangen immun sind, ist es für einen Räuber schwer, ungefährliche von gefährlichen Schlangen zu unterscheiden
  • Auf die Frage, wie das Räuber abhalten könnte, denke ich, dass tote Räuber und halb gefressene Schlangenkadaver einen Lerneffekt erzeugen könnten; vielleicht reicht es aus Sicht der Art auch schon, wenn nur ein einzelner predator ausgeschaltet wird
  • Wenn es innerhalb einer Räuberart kleine Unterschiede gibt, also etwa vererbte Unterschiede darin, wie selektiv Beute gewählt wird, kann auch auf sehr kleine Unterschiede natürliche Selektion wirken
  • Vielleicht stirbt ein Räuber nach dem Fressen einer Schlange auch nicht sofort, und bei Spitzenprädatoren wie Säugetieren gibt es Nahrungspräferenzen, sodass Individuen überleben, die keine Schlangen fressen. Das kann sich dann genetisch verfestigen oder als Lernverhalten, wenn Eltern ihren Jungen das Schlangenfangen nicht beibringen
• Bei „teal deer“ dachte ich zuerst, das sei irgendeine seltsame Redewendung. Dann habe ich im Urban Dictionary nachgesehen und gelernt, dass „teal dear = tl;dr“ bedeutet. Jetzt fühle ich mich so verwirrt wie eine garter snake mit extremer Tetrodotoxin-Resistenz
  • Ich habe es anfangs auch nicht verstanden, und es ist etwas traurig, dass man jetzt offenbar cool wirken will, indem man statt fünf Zeichen neun schreibt. Die Zahl der Silben ist zwar kleiner, aber Web-Präfixe wie www sind dafür länger und ineffizienter. Im Deutschen geht es mit drei Silben noch, aber im Englischen oder Französischen sind es neun, was unerquicklich ist. Vielleicht wäre von Anfang an web.domain.org besser gewesen
  • Dank dir habe ich den Ausdruck teal dear nun indirekt kennengelernt
  • Ich dachte zuerst, es sei ein Wortspiel zu „steel-man“. War es aber nicht, und danke jedenfalls fürs Nachschauen