Es ist kaum zu glauben, dass Wissenschaftler immer noch Entdeckungen im menschlichen Körper machen und sich gleichzeitig vorstellen, wie eine bemannte Mission zum Mars aussehen könnte, aber genau das passiert. Jahrelang wurden Axone von Gehirnzellen in Biologielehrbüchern als glatt dargestellt, doch neuere Forschungen deuten darauf hin, dass die natürliche Form der Axone eher einer Perlenkette ähneln könnte. Diese Perlenstrukturen können dabei helfen, zu steuern, wie schnell Neuronen mit anderen Gehirnzellen kommunizieren können.
Forscher von Johns Hopkins Medicine haben diese Entdeckung in ihrer 2024 in Nature Neuroscience veröffentlichten Studie in den Mittelpunkt gerückt. Das Forschungsteam bemerkte das gleiche perlmuttartige Aussehen in Zehntausenden ihrer Zellbilder von erwachsenen Mäusen, Mäuseembryonen und im Labor gezüchteten Neuronen. Laut dem leitenden Autor Shigeki Watanabe „stellen diese Ergebnisse ein Jahrhundert des Verständnisses über die Axonstruktur in Frage.“
Um extrem kleine Neuronenaxone zu beobachten, die etwa 100-mal kleiner als ein menschliches Haar sind, trocknen und dehydrieren Forscher typischerweise das Gewebe, um es unter einem Mikroskop zu betrachten. Diese Dehydrierung kann dazu führen, dass die Zellen ihre ursprüngliche Form verlieren – denken Sie an eine Weintraube, die schrumpft, nachdem sie zu einer Rosine dehydriert wurde. Um dies zu umgehen, haben sie die Proben eingefroren, um ihre ursprüngliche Form zu bewahren. Anschließend bestrahlten die Forscher die Zellen mit Elektronenstrahlen, um deren Form und Struktur präzise darzustellen.
Warum könnten Gehirnaxone ein perlmuttartiges Aussehen haben?
Einige Axone sind myelinisiert, das heißt, sie sind von einer Fettschicht umgeben, die die Leitung beschleunigt, während andere nicht myelinisiert sind. Myelinisierte Axone ähneln einer Reihe von Würstchen, die durch Knoten getrennt sind, und die traditionell vertretene Annahme ist, dass nichtmyelinisierte Axone als Röhren mit einem weitgehend einheitlichen Durchmesser erscheinen. Die Perlenbildung, die Forscher in nicht myelinisierten Axonen beobachteten, könnte dabei helfen, zu kontrollieren, wie schnell elektrische Impulse durch das Gehirn wandern.
Perlenbildung oder periodische „nicht-synaptische Varikositäten“ wurden bereits früher bei Axonen beobachtet, die durch neurodegenerative Erkrankungen wie die Parkinson-Krankheit geschädigt wurden. Bei Menschen mit diesen Krankheiten entsteht die Perlmuttbildung häufig durch den Verlust der Membran und der Skelettintegrität des Axons. Die gängige Meinung ist, dass Perlen eine natürliche Barriere bilden können, um die Ausbreitung neurologischer Schäden zu verhindern. Diese Studie liefert Hinweise darauf, dass sich in gesunden Zellen auch ohne Anzeichen einer Verletzung Perlen bilden können. Laut Watanabe ermöglicht ein größerer Raum den Durchgang von mehr chemischen Partikeln, ohne dass es zu „Verkehrsstaus“ kommt.
Mithilfe mathematischer Modelle stellte das Forschungsteam fest, dass größere Abstände zwischen den Perlen zu einer schnelleren Leitungsgeschwindigkeit führten. Die Forscher wendeten auch hochfrequente elektrische Stimulation auf Neuronen an, was dazu führte, dass die Axone für mindestens 30 Minuten durchschnittlich 8 % länger und 17 % breiter anschwollen.
Zukünftige Forschung zu Neuron Pearling und Skeptizismus
Während die Ergebnisse dieser Studie Wissenschaftler dazu veranlassen könnten, die Funktionsweise von Neuronen im Gehirn zu überdenken, sind weitere Untersuchungen erforderlich, um zu verstehen, ob das Perlmuttmuster typisch oder eine ungewöhnliche Variation ist. Einige Forscher stehen den Ergebnissen weiterhin skeptisch gegenüber und behaupten, dass das zur Vorbereitung der Proben erforderliche Einfrieren dazu beitragen könnte, den Zellen ihr Perlenmuster zu verleihen.
Watanabe hatte zuvor Perlmuttbildung im Nervensystem von Würmern beobachtet und zeigte nach einem Gespräch mit dem Schweizer Forscher Graham Knott weiteres Interesse daran. In einer Studie aus dem Jahr 2026 ging dasselbe Forschungsteam noch einen Schritt weiter und untersuchte die Struktur und Eigenschaften menschlicher Neuronen. Menschliches Gehirngewebe ist für Forscher schwer zugänglich, aber sie konnten es aus Epilepsie-Operationen beschaffen. Die Forscher stellten bei diesen menschlichen Proben auch Perlenbildung fest.
Das Gehirn ist wohl die komplexeste Struktur im menschlichen Körper und birgt noch immer viele Geheimnisse für uns. Forscher versuchen weiterhin, menschliche Neuronen zu kartieren und ihr Verständnis dafür zu verbessern, was jeder Teil des Gehirns steuert. Es mag noch zu früh sein, mit der Neugestaltung von Biologielehrbüchern zu beginnen, aber diese Studie erinnert daran, dass unser Verständnis des menschlichen Gehirns noch lange nicht vollständig ist.
