Warum das menschliche Herz sich von dem der großen Menschenaffen unterscheidet

Säugetiere – vom gewaltigen Blauwal bis zur winzigen Spitzmaus – leben fast überall auf der Erde. Wie gut sie sich an die unterschiedlichsten Lebensräume anpassen, fasziniert die Forschung seit Langem, denn jede Art hat ganz eigene Merkmale entwickelt, um zu überleben und sich fortzupflanzen.

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

Wie kommt es, dass ausgerechnet wir aus der Reihe tanzen?

Warum das menschliche Herz anders ist

Menschen trennten sich in der Evolution vor etwa fünf bis sechs Millionen Jahren von Schimpansen (Pan troglodytes), unserem letzten gemeinsamen Vorfahren. Im Unterschied dazu entwickelte sich der Mensch in Richtung aufrechten Gangs, um längere und intensivere Aktivität zu ermöglichen – etwa beim ausdauernden Jagen. Zudem wuchs unser Gehirn erheblich.

Mit diesen körperlichen Veränderungen stieg der Stoffwechselbedarf deutlich: Muskeln und Gehirn mussten besser mit Blut versorgt werden. Unsere Daten deuten darauf hin, dass sich das menschliche Herz genau daran angepasst hat – an den aufrechten Stand, an mehr Bewegung und an das größere Gehirn.

Untersuchungen an großen Menschenaffen weltweit

Seit rund zehn Jahren untersuchen wir das Herz-Kreislauf-System großer Menschenaffen an verschiedenen Orten weltweit. Dabei konnten wir mit engagierten Tierärztinnen und Tierärzten sowie Pflegeteams im Vereinigten Königreich, in Europa, Afrika und Asien zusammenarbeiten.

Ein zentrales Werkzeug dieser Untersuchungen ist die Herz-Ultraschalluntersuchung. Damit lässt sich beurteilen, wie das Herz aufgebaut ist und wie es funktioniert: wie groß es ist und wie der Herzmuskel sich zusammenzieht – einschließlich Verformung, Verdrehung und Rotation.

Struktur des linken Ventrikels: Trabekulationen versus glatte Wand

Frühere Arbeiten von uns hatten bereits nahegelegt, dass sich die Struktur des menschlichen Herzens von der des Schimpansen unterscheiden könnte. Mithilfe der Echokardiografie fanden wir heraus, dass die linke Herzkammer – die wichtigste Pumpkammer – bei Schimpansen Muskelbündel aufweist, die als netzartige Struktur angeordnet sind. Diese werden als „Trabekulationen“ bezeichnet.

In der aktuellen Studie wollten wir wissen, ob solche Trabekulationen auch bei den anderen großen Menschenaffen vorkommen – und tatsächlich: Sie sind auch dort vorhanden. Beim Menschen hingegen ist die Wand des linken Ventrikels glatt. Besonders deutlich ist der Unterschied am unteren Ende der linken Herzkammer: Dort ist die Glätte beim Menschen nahezu viermal so ausgeprägt wie bei unseren Verwandten unter den großen Menschenaffen.

Funktion im Vergleich: Speckle-Tracking-Echokardiografie, Twist und Rotation

Unsere Ergebnisse beschränkten sich nicht auf den Aufbau. Wir fanden auch eine wesentliche Abweichung in der Funktion des linken Ventrikels. Dafür nutzten wir eine spezialisierte Methode, die „Speckle-Tracking-Echokardiografie“. Sie verfolgt die Bewegung des Herzmuskels während Anspannung und Erschlaffung und macht sichtbar, wie der Muskel dicker wird, sich verdreht, rotiert und in die Länge zieht.

Die Befunde waren eindeutig: Menschen – mit der geringsten Trabekulation – zeigten bei der Kontraktion an der Herzspitze (dem Apex) eine deutlich stärkere Verdrehung und Rotation. Nichtmenschliche große Menschenaffen dagegen, deren Herzen stark trabekuliert sind, wiesen wesentlich weniger dieser Bewegungen auf.

Wir gehen davon aus, dass sich das menschliche Herz von der trabekulierten Struktur der anderen großen Menschenaffen wegentwickelt hat, um die Verdrehung zu verstärken und dadurch effizienter zu kontrahieren. Diese stärkere Drehbewegung – zusammen mit den glatten Kammerwänden – ermöglicht dem menschlichen Herzen vermutlich, mit jedem Schlag eine größere Blutmenge zu fördern.

Damit lassen sich die erhöhten Anforderungen erklären, die aus unserer körperlichen Aktivität und dem großen Gehirn entstehen.

Insgesamt stellen unsere Ergebnisse die Annahme infrage, die Herzstruktur sei bei Säugetieren einheitlich. Stattdessen zeigen sich kleine, aber entscheidende Unterschiede in Anatomie und Funktion – als Antwort auf jeweils spezifische Herausforderungen der Umwelt.

Herzerkrankungen

Auch wenn unsere aktuellen Daten wichtige Hinweise zur Evolution des menschlichen Herzens liefern, setzen wir die Analyse der Herzen gefährdeter großer Menschenaffen fort. Traurigerweise sind Herzerkrankungen die häufigste Todesursache bei großen Menschenaffen in menschlicher Obhut.

Anders als beim Menschen scheint eine koronare Herzkrankheit bei großen Menschenaffen nicht typisch zu sein. Stattdessen durchläuft ihr Herzmuskel einen fibrotischen Prozess, also eine Vernarbung bzw. Verdickung, die zu einer schlechten Kontraktion führt und die Anfälligkeit für Arrhythmien erhöht – also Störungen des Herzrhythmus. Wodurch diese Erkrankung ausgelöst wird, ist bislang unklar. Daher führen wir im Rahmen des International Primate Heart Project weltweit Untersuchungen zur Herz-Kreislauf-Physiologie großer Menschenaffen durch, um die Krankheit besser zu verstehen.

Bevor wir uns daran beteiligten, wusste man nur wenig über die normale Herz-Kreislauf-Physiologie großer Menschenaffen. Durch die Zusammenarbeit mit tiermedizinischen Fachleuten hat unsere Forschung wichtige Daten geliefert – und damit unser Verständnis der Evolution des menschlichen Herzens ebenso verbessert wie das Verständnis, die Diagnose und die Behandlung von Herzerkrankungen bei großen Menschenaffen.

Aimee Drane, Senior Lecturer und klinische Wissenschaftlerin an der Fakultät für Medizin, Gesundheit & Lebenswissenschaften, Swansea University

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

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