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03.11.10 Kleinster Frosch der Welt enthält Pumiliotoxine

Giftzwerge der Karibik

Der kleinste Frosch der Welt besitzt Hautgifte

Die nach Guinness-Buch kleinste Froschart der Welt, der kubanische Zwergfrosch Eleutherodactylus iberia, besitzt in seiner Haut Alkaloid-Gifte aus der Substanzklasse der Alkaloide, die wahrscheinlich einen wirksamen Mechanismus zur Abwehr von Feinden darstellen. Diese überraschende Entdeckung gelang einer Gruppe kubanischer und deutscher Wissenschaftler um Professor Miguel Vences von der Technischen Universität Braunschweig.

Abb. 1: Eleutherodactylus iberia im Größenvergleich
Quelle: Ariel Rodriguez & Miguel Vences, TU Braunschweig

Alkaloide sind bislang erst bei vier Gruppen von Fröschen bekannt, unter anderem den Pfeilgiftfröschen aus Südamerika. Die allermeisten der fast 6000 bekannten Froscharten besitzen keine Alkaloide. Soweit bekannt, werden diese Stoffe von den Fröschen nicht selbst hergestellt sondern mit der Nahrung aufgenommen. Die Entdeckung dieser Substanzen bei den "Giftzwergen" aus der Karibik ist der erste Nachweis in der Gattung der Antillen-Pfeiffrösche, welche fast 200 Arten umfasst.

Die neue Entdeckung belegt, dass die kubanischen Zwergfrösche die Alkaloid-Speicherung in der Haut im Laufe der Evolution unabhängig von anderen Froschgruppen entwickelt haben. Warum? Wie die nun publizierten Daten zeigen, liegt der Schlüssel eventuell gerade in der geringen Größe dieser Frösche. Denn ihre Beute sind extrem kleine und meist alkaloidhaltige Milben und Ameisen, die von größeren Fröschen schlichtweg übersehen werden. Die Giftzwerge aus der Karibik sind also möglicherweise gerade deshalb giftig, weil sie so winzig sind.

Unter den fast 6000 bekannten Froscharten der Erde leben mehrere echte Winzlinge: Auf Brasilien, Madagaskar und Kuba leben solche miniaturisierte Arten, die jeweils auf die wissenschaftlichen Namen Brachycephalus didactylus (Brasilien), Stumpffia pygmaea und Stumpffia tridactyla (Madagaskar), sowie Eleutherodactylus iberia (Kuba) hören und als ausgewachsene männliche Tiere unter 10 Millimetern bleiben können. Der kürzlich von Forschern aus Hamburg und Indonesien auf Sarawak entdeckte Microhyla nepenticola misst zwischen 10 und 13 Millimeter. Aktueller Rekordhalter nach Guiness-Buch ist dabei Eleutherodactylus iberia, bei dem auch die sonst etwas grösseren Weibchen unter 11 Millimeter bleiben.

Die überraschend geringe Grösse eröffnet eine ganze Reihe wissenschaftlicher Fragen. Welche Faktoren führen dazu, dass sich "normale" Frösche im Laufe der Jahrmillionen dauernden Evolution in solche Winzlinge verwandeln? Gibt es bestimmte Nahrung, auf die sich die Tiere spezialisieren? Und: Warum ist eigentlich offenbar genau bei 10 Milimetern Schluss mit der "Verzwergung", warum gibt es nicht noch winzigere Amphibien? Diese Fragen eröffnen ein weites Feld und können zu wichtigen Einsichten in der Ökologie, Entwicklungsbiologie und Evolutionsbiologie führen.

Prof. Miguel Vences von der Technischen Universität Braunschweig war bereits in 1991 an der erstmaligen Entdeckung des Winzlings Stumpffia pygmaea beteiligt. In einem neuen Forschungsprojekt hat er sich nun den Rekordhalter in Kuba genauer angesehen. Zusammen mit kubanischen Forschern machte er sich im Regenwald des Alexander-Humboldt-Nationalpark im östlichen Kuba auf die Suche. "Um diese winzigen Tiere zu finden, muss man Blatt für Blatt das heruntergefallene Laub auf dem Boden des Regenwalds abtragen. Hinterher hat man meist ganz schöne Rückenschmerzen." beschreibt Vences die arbeitsintensive Suchmethode.

Die intensive Suche zeigte, dass die Tiere auf manchen Flächen in einer enorm hohen Dichte vorkamen, während sie anderswo völlig fehlten. Zudem waren die Fröschchen tagsüber aktiv und zeigten eine auffällige Färbung, mit einem dunkelbraunen Körper mit gelben Streifen. "Eine solche kontrastreiche Färbung ist meistens typisch für Gifttiere, die damit mögliche Beutegreifer abschrecken wollen" erklärt Ariel Rodriguez vom Instituto de Ecologia y Sistematica in Havanna, der Erstautor der nun veröffentlichten Studie.

GC-MS als Analysemethode lieferte schliesslich den Beleg für den aufkeimenden Verdacht: Die kubanischen Zwergfrösche besitzen tatsächlich Gifte. In der Haut der Tiere fanden sich Verbindungen aus der Substanzklasse der Alkaloide - genauer: sogenannte Pumiliotoxine, deren Giftwirkung durch Interaktion mit Kalziumkanälen zu Stande kommt.

Abb. 2: GC-MS-Analyse bestätigte das Vorhandensein von fünf Alkaloiden aus der Gruppe der Pumiliotoxine.

"Dies war eine überraschende Entdeckung, denn solche Verbindungen sind bislang erst bei vier anderen Froschgruppen bekannt, unter anderem bei den berühmten Pfeilgiftfröschen aus Südamerika", so der Chemiker Prof. Dr. Stefan Schulz von der TU Braunschweig, der die Analysen leitete. Sein Mitarbeiter Dennis Poth ergänzt: "Und soweit bekannt, werden die Alkaloide von den Fröschen meist mit der Nahrung aufgenommen".

Nahrungsanalysen bestätigten schließlich diese Vermutung: Hauptsächlich scheinen sich die Zwergfrösche winzige Milben und Ameisen zu fressen, welche bekanntermassen Alkaloide enthalten. Die Miniaturisierung war also vermutlich der Schlüsselfaktor, der den Tieren ermöglichte, sich auf giftige Nahrung zu spezialisieren und die Gifte in der Haut zu speichern. Dadurch schließlich konnten es sich diese Giftzwerge der Karibik erlauben, auch tagsüber aktiv zu sein und ihre auffällige Warnfärbung zu entwickeln.

Der kubanische Zwergfrosch ist bislang nur aus der Gegend des Alexander von Humboldt Nationalparks in Ostkuba bekannt, der auch als Welterbe anerkannt wird. Wegen seiner sehr begrenzten Verbreitung wird er als stark vom Aussterben gefährdet angesehen. Im Vergleich zu anderen karibischen Inseln besitzt Kuba die artenreichsten und mit am besten erhaltenen Ökosysteme. Weitere Naturschutzbemühungen sowie weitere intensive Forschung zum Verständnis dieser Ökosysteme ist notwendig, um Eleutherodactylus iberia und andere seltene Arten dauerhaft für die Nachwelt zu erhalten.

Quelle:

Discovery of skin alkaloids in a miniaturized eleutherodactylid frog from Cuba
A. Rodriguez, et. al., Biol. Lett. 2010. DOI: 10.1098/rsbl.2010.0844

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Kleinster Frosch der Welt enthält Pumiliotoxine
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2010/okt/giftfrosch.shtm)

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