Das menschliche Herz schlägt in Ruhe etwa 70 Mal in der Minute. Pro Schlag pumpt es dabei durchschnittlich 75 Milliliter. In einer Minute fließen mehr als fünf Liter Blut durch die Adern, bei extremer körperlicher Belastung können es sogar bis zu 25 Liter sein. Ein gesundes Herz schlägt ununterbrochen, ein Leben lang. Doch was löst den Herzschlag aus? Was hält uns am Leben?

Forscher aus den USA und Deutschland sind der Frage nachgegangen. Sie haben die natürlichen Herzschrittmacher-Zellen in Zebrafischen gefunden und beobachtet. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher nun im Wissenschaftsmagazin Science .

"Unser Team hat die Gene für lichtempfindliche Proteine in das Erbmaterial des Fisches eingebracht", sagt Jan Huisken vom Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden . Der Physiker hat die Technik entwickelt, mit der die Fische untersucht wurden. Die modifizierten Gene werden mit einer Art Adressaufkleber (Promoter) versehen, sodass die von ihnen ausgebildeten Proteine (sogenannte Ionenkanäle) nur in einem bestimmten Gewebe ausgebildet werden, den Herzmuskelzellen. "Diese Zellen reagieren dann empfindlich auf Licht", sagt Huisken.

Die Forscher richteten das Licht punktuell auf die verschiedenen Herzregionen. Trifft es auf die dafür nun empfindlichen Zellen, führt das zu einer Depolarisation an der Membran und die vom Licht getroffenen Zellen hören auf zu pulsieren. Huisken und seine Kollegen vom Institut und der Universität von Kalifornien in San Francisco haben nun das Herz des Zebrafischs mit dieser Methode systematisch abgetastet.

Durch das Beleuchten eines winzigen Bereichs, legten die Forscher das gesamte Herz lahm. Das Überleben des embryonalen Zebrafischs hängt demnach von nur wenigen Zellen ab. Sie sind die Schrittmacher des Herzens. Hören sie auf zu schlagen, steht das ganze Herz still.

"Mit unserer Methode konnten wir das erste Mal genau sehen, welche Zellen den entscheidenden Impuls geben", sagt Huisken. Vorher haben Wissenschaftler eher indirekt auf die Schrittmacherzellen geschlossen. "Den unmittelbaren Beweis haben wir mit unserer Studie erbracht."

Der Zebrafisch eignet sich besonders für Untersuchungen wie diese. Er ist einigermaßen durchsichtig und entwickelt sich in einer Petrischale. So können die Forscher am lebenden Fisch beobachten, was im Inneren passiert. Zudem sind die Embryonen sehr unempfindlich. Sie sterben selbst dann nicht, wenn man ihr Herz für kurze Zeit anhält. Der zum Leben nötige Sauerstoff diffundiert einfach durch das Gewebe des noch jungen Fischs. Der Embryo könnte auch ohne Herzschlag vier bis fünf Tage überleben.

Ein weiterer Vorteil des Modellorganismus Zebrafisch ist, dass sein Herz bereits nach 24 Stunden zu schlagen beginnt. Nach weiteren 24 Stunden haben sich Vorkammer (Atrium) und Hauptkammer (Ventrikel) ausgebildet. "Vom Einzell- bis zum Erwachsenenstadium können wir den Fisch genau untersuchen", sagt Huisken.