Mehr als fünf Finger geht nicht – oder doch?
Text: Yvonne Vahlensieck
Heutige Wirbeltiere besitzen normalerweise nie mehr als fünf Finger oder Zehen. Basler Biologen wollen nun herausfinden, warum das so ist.
Pfoten, Füsse, Hufe, Flügel – all diese Körperteile sind nach Ansicht der Evolutionsbiologen Variationen eines gemeinsamen Grundbauplans, der optimal an die Lebensweise der Tiere angepasst ist. Oft gehen bei dieser Anpassung einige der ursprünglichen fünf Finger oder Zehen verloren: So hat ein Vogelflügel drei Finger, ein Paarhufer wie das Reh zwei Zehen und das Pferd läuft mit seinem Huf auf der Spitze eines einzigen Zehs. Trotz dieser Vielfalt gibt es heutzutage überraschenderweise kein Wirbeltier, das mehr als fünf Zehen hat. «Es scheint, als ob es hier eine natürliche Begrenzung gibt», meint der Entwicklungsbiologe Prof. Dr. Patrick Tschopp vom Fachbereich Evolutionsbiologie der Universität Basel.
Dennoch passiert es immer wieder, dass einzelne Tiere aufgrund von Mutationen überzählige Finger oder Zehen ausbilden. Auch beim Menschen gibt es eine solche erbliche Vielfingrigkeit (siehe Kasten). In seinem Forschungsprojekt untersucht Tschopp nun die Embryonalentwicklung solcher überzähliger Finger. Dabei interessiert ihn vor allem, ob diese voll funktionsfähig sind – also auch Nerven und Muskeln ausbilden, die für eine kontrollierte Bewegung notwendig sind: «So wollen wir herausfinden, ob sich das neuromuskuläre System an eine höhere Anzahl von Fingern anpassen kann. Falls nicht, könnte dies der Grund für eine Obergrenze bei fünf Fingern sein.»
Hühner und Mäuse als Modell
Als Untersuchungsobjekt wählte Tschopp das Huhn und folgte damit einer langen Tradition in der Entwicklungsbiologie: Schon vor über 2000 Jahren hatte Aristoteles Hühnereier zerschlagen, um herauszufinden, wie daraus Küken entstehen. Heutzutage sind die Methoden wesentlich ausgefeilter: Die Forscher schneiden vorsichtig ein kleines Fenster in die Eierschale, durch das sie die Entwicklung des Kükens Schritt für Schritt beobachten können. Es lassen sich sogar kleine operative Eingriffe durchführen, ohne dem Embryo zu schaden. Für ihre Experimente transplantierte das Basler Team in Retinsäure getränkte Kügelchen in die Flügelknospe eines wenige Tage alten Embryos. So induzierten sie eine Verdoppelung der Fingerknochen: Dem Küken wuchsen nun sechs statt drei Finger im Flügel.
Durch Anfärben von verschiedenen Gewebetypen analysierten die Forscher dann, ob die zusätzlich dazugekommenen Finger im Laufe ihrer Entwicklung auch an Muskeln und Nerven angeschlossen wurden. Es zeigte sich, dass das neuromuskuläre System sehr flexibel ist: Sowohl die Nervenfasern als auch die Vorläufer der Muskelzellen erkannten die überzähligen Finger, bildeten neue Abzweigungen und wuchsen an die Finger heran. Ein ähnliches Resultat lieferte auch eine Versuchsreihe, die Tschopp in Zusammenarbeit mit Kollegen am Departement Biomedizin durchführte: Bei einem Mäusestamm, der aufgrund einer Mutation mehr als fünf Finger ausbildet, bildeten sich ebenfalls Muskeln und Nerven an den zusätzlichen Fingern.
Verschaltungen im Rückenmark
Doch die Ausbildung von Muskeln und Nerven allein bedeutet noch nicht, dass die zusätzlichen Finger auch voll funktionsfähig sind: «Wichtig ist auch, dass das Gehirn die Bewegung der zusätzlichen Finger unabhängig von den ursprünglichen Fingern steuern kann», sagt der Forscher. Deshalb will Tschopp in den nächsten Experimenten herausfinden, wie die Nervenfasern der Finger an das zentrale Nervensystem angeschlossen sind.
Dafür verfolgen die Forscher mit einer speziellen Färbetechnik den Verlauf einzelner Nervenfasern von den Fingerspitzen bis ins Rückenmark. «Dort sind alle Nervenzellen, die unter der Kontrolle der gleichen Hirnzellen stehen und einen einzelnen Muskel steuern, in gemeinsamen Gruppen angeordnet», erklärt Tschopp. «Die Frage ist nun: Schliessen sich die Nerven der zusätzlichen Finger einer bestehenden Gruppe an oder bilden sie eine neue?» Letzteres wäre ein starker Hinweis darauf, dass sie unabhängig kontrolliert sind und auch auf dieser Ebene keine natürliche Begrenzung bei fünf Fingern existiert.
Noch stehen die definitiven Resultate dieser Versuche aus: Doch wenn das neuromuskuläre System tatsächlich mehr als fünf Finger unterstützen kann, dann stellt sich die Frage, warum die Natur von dieser Option bisher noch keinen Gebrauch gemacht hat. Möglicherweise bringen mehr als fünf Finger und Zehen eher Nachteile als Vorteile mit sich – Menschen mit Vielfingrigkeit lassen sich die überzähligen Körperteile jedenfalls aus kosmetischen Gründen meist wegoperieren.
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