Einige Schlangenarten haben ein besonderes Sinnesorgan, mit dem sie infrarote Strahlung wahrnehmen können: Das Grubenorgan vermittelt den Tieren ein dreidimensionales Wärmebild der Umgebung. Dadurch können sie warmblütige Säugetiere auch bei völliger Dunkelheit aufspüren. Bislang war nicht bekannt, wie dieses Organ elektromagnetische Wellen detektiert und in Nervenimpulse umwandelt. Forscher um David Julius von der University of California in San Francisco fanden jetzt heraus, dass spezielle Ionenkanäle die infrarote Strahlung registrieren.

Das Grubenorgan der Schlangen liegt am vorderen Oberkiefer zwischen Nasenlöchern und Augen in einer Vertiefung, in der sich eine dünne Membran befindet. Diese ist stark durchblutet, enthält viele Mitochondrien und fungiert als Antenne für infrarote Strahlung. Außerdem ist sie mit zahlreichen sensorischen Nervenfasern des Nervus trigeminus verbunden, die infrarote Signale vom Grubenorgan zum Mittelhirndach (Tectum mesencephali) weiterleiten, das die Reize verarbeitet.

Julius verglich das Transkriptom eines Ganglions des Nervus trigeminus von Schlangen mit Grubenorgan mit dem von Nerven anderer Gruppen wie Pythons und Boas, die Infrarotstrahlung mit einem anderen Organ wahrnehmen, sowie jenen infrarotblinder Schlangen. Nur die Wärme sehenden Schlangen produzieren demnach das Protein TRPA1, so die Forscher. Es ist Teil der TRP-Rezeptorfamilie.

Diese Rezeptoren sind Ionenkanäle und im Nervensystem der Wirbeltiere als Thermorezeptoren weit verbreitet. Die TRPA1-Rezeptoren von Schlangen mit Grubenorgan reagieren von allen Ionenkanälen in Wirbeltieren am empfindlichsten auf Temperaturschwankungen. Nach Ansicht der Wissenschaftler haben sich die Rezeptoren in unterschiedlichen Arten im Lauf der Evolution unabhängig voneinander entwickelt.

Infrarotrezeptoren können Photonen entweder direkt detektieren, wie es zum Beispiel bei der fotochemischen Aktivierung des Opsins im Auge der Fall ist, oder indirekt durch einen Wärmerezeptor. Die Wissenschaftler nehmen an, dass die Membran im Grubenorgan eine passive Antenne für Infrarotstrahlung ist, die die durch Absorption der Strahlung hervorgerufene Wärme an die temperaturempfindlichen Ionenkanäle der sensorischen Nervenfasern weiterleitet.

Einige Arten aus der Familie der Vipern gehören zu den Schlangen, die mit einem Grubenorgan ausgestattet sind – so auch die Grubenottern (Crotalinae) und die Texanische Klapperschlange (Crotalus atrox), die von allen Schlangen in ihrer Fähigkeit, Infrarotstrahlung wahrzunehmen, unschlagbar sind. Pythons (Pythonidae) und Boas (Boidae) können ihre Beute zwar auch über infrarote Strahlung aufspüren, haben aber kein Grubenorgan, sondern so genannte Labialgruben. Die befinden sich in den Schuppenreihen entlang der Lippen. Ihre Empfindlichkeit gegenüber Infrarotstrahlung ist allerdings wesentlich geringer als die des Grubenorgans. (pf)