Wie Träume und Froschherzen zur Entdeckung von Neurotransmittern führten
Wie Träume und Froschherzen zur Entdeckung von Neurotransmittern führtenFr, 24.04.2026— Joe Schwarcz
1921 erwachte Otto Loewi aus einem Traum mit der Idee für ein Experiment, das bewies, dass Nerven Chemikalien zur Kommunikation nutzen und nicht nur Elektrizität. Indem er zeigte, dass die Stimulation des Herzens eines Frosches eine Substanz freisetzt, die ein anderes Froschherz verlangsamt, entdeckte er den ersten Neurotransmitter – Acetylcholin – und startete die moderne Neuropharmakologie. Sein Durchbruch veränderte die Medizin, auch wenn sein Leben später von den Nazis trotz seiner mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Arbeit auf den Kopf gestellt wurde.*
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Abbildung 1. Otto Loewi.1935 (1873 -1961) |
Das Klopfen der Gestapo-Agenten um 3 Uhr morgens am 12. März 1938 war heftig. Sie weckten Otto Loewi aus dem Bett, um ihn ins Gefängnis zu schleppen. Sein Verbrechen? Loewi war jüdisch. Es spielte keine Rolle, dass er zwei Jahre zuvor den Nobelpreis für ein bahnbrechendes Experiment erhalten hatte, das dazu bestimmt war, den Lauf der Medizin zu verändern.
Um das 18. Jahrhundert hatten Anatomen Expertise in der Sezierung von Kadavern entwickelt und zwei Nervenbahnen identifiziert, die vom Rückenmark ausgingen und mit Herz, Lunge und Nieren verbunden waren. Da wir diese Organe nicht bewusst steuern, wurden diese Nerven als "autonom" bezeichnet, im Gegensatz zu den "somatischen" Nerven, die unsere willkürlichen Muskelbewegungen steuern. Der erste Hinweis darauf, wie die autonomen Nerven funktionieren, kam von Luigi Galvanis klassischer Entdeckung in den 1780er Jahren, dass ein Funke eines elektrostatischen Generators das abgetrennte Bein eines Frosches zucken ließ. Dies deutete darauf hin, dass Elektrizität entlang eines Nervs weitergeleitet wird.
In den 1840er Jahren verwendete der deutsche Anatom Eduard Weber eine Batterie, die kurz zuvor von Alessandro Volta entwickelt worden war, um den Vagusnerv bei Hunden zu stimulieren. Die Stimulation des Vagus, der ein Teil des autonomen Nervensystems ist, verlangsamte die Herz-Aktivität. Einige Jahre später stimulierte Moritz Schiff in einem ähnlichen Experiment eine weitere Nervenbahn, die das Herz schneller schlagen ließ. Es war nun klar, dass über einen elektrischen Strom eine Nachricht einen Nerv hinabfloss, aber es gab ein Rätsel. In den 1880er Jahren hatte der spanische Neurowissenschaftler Santiago Ramon y Cajal angefärbte Nervenzellen unter einem Mikroskop betrachtet und vermutetet, dass die Zellen durch eine winzige Lücke getrennt waren, die der britische Neurophysiologe Charles Sherrington später "Synapse" nannte, vom Griechischen für "zusammenfügen". Wie aber wurde die elektrische Botschaft von einer Nervenzelle zur nächsten weitergeleitet? Eine vernünftige Theorie schien zu sein, dass ein elektrischer Funke irgendwie über die Lücke sprang.
Die Widerlegung dieser Theorie begann 1901 mit der Extraktion von Adrenalin aus Nebennieren durch den japanischen Chemiker Jokichi Takamine. John Langley in Cambridge machte dann die faszinierende Beobachtung, dass die Injektion von Adrenalin in den Körper denselben Effekt hatte wie die Stimulierung des Nervs, der das Herz beschleunigt. Dies führte seinen Schüler Thomas Elliott zu der Theorie, dass die Nachricht zwischen den Nervenzellen, die eine Beschleunigung des Herzschlags bewirkt, möglicherweise von einer Nervenzelle übertragen wird, die Adrenalin freisetzt, das dann die nächste Nervenzelle stimuliert, und so weiter. Dann, 1907, stimulierte der ebenfalls in Cambridge tätige Pharmakologe Walter Dixon den Vagusnerv von einem Frosch, entfernte das Herz, homogenisierte es und stellte daraus einen Extrakt her; er trug diesen dann auf das schlagende Herz eines anderen Frosches auf und zeigte, dass dessen Herzschlag langsamer wurde. Bezeichnenderweise stellte er aber keinen Zusammenhang zwischen dieser Beobachtung und der Nervenaktivität her. Um die gleiche Zeit zeigte Henry Dale, dass Acetylcholin, eine Verbindung, die natürlich im Mutterkornpilz vorkommt und 1867 auch von Adolf von Baeyer synthetisiert worden war, das Herz genau wie die Stimulation des Vagusnervs verlangsamte.
Die Bühne war nun bereitet, damit Loewi sein bahnbrechendes Experiment erträumen konnte. Loewi hatte die Arbeit in der klinischen Medizin zugunsten der Biochemie und Pharmakologie aufgegeben und mit seiner Demonstration, dass der Körper Aminosäuren aus dem Stoffwechsel von Proteinen in der Nahrung zum Aufbau der benötigten Proteine nutzen kann, zu recht Anerkennung erlangt. 1909 nahm Loewi eine Stelle an der Universität Graz in Österreich an, wo er sich auf die Erforschung des Nervensystems konzentrierte. Sein Appetit war durch seine Reisen in England geweckt worden, wo er Elliot und Dale traf und von deren Arbeit erfuhr.
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Abbildung 2. Das geträumte Experiment des Otto Loewi (modifiziert nach Vagusstoff2 - Otto Loewi - Wikipedia, Lizenz cc-by-sa) |
Nun wenden wir uns der berühmten Traumepisode zu, wie sie in Loewis Autobiografie ausführlich behandelt wird. Am 2. April 1921 wachte er mitten in der Nacht auf und machte sich einige Notizen über einen Traum, in dem er ein bahnbrechendes Experiment durchgeführt hatte. Am Morgen konnte er sich weder an den Traum erinnern, noch konnte er die Notiz lesen, die er gekritzelt hatte. In der nächsten Nacht wachte er wieder um 3 Uhr morgens auf, nachdem er geträumt hatte, ein Experiment zu entwerfen, um eine von ihm entwickelte Theorie über chemische Übertragung zwischen Nerven zu testen. Er sprang aus dem Bett und rannte ins Labor.
Es war damals, wie Dixon herausgefunden hatte, allgemein bekannt, dass das Herz eines Frosches für kurze Zeit weiter schlägt, wenn es in eine Lösung getaucht wird, welche die für die Aufrechterhaltung von elektrischen und mechanischen Aktivitäten notwendigen Ionen liefert. Loewi entnahm einem Frosch das Herz, beließ aber einen Teil des daran haftenden Vagusnervs. Er legte das Herz eines zweiten Frosches in einen separaten Behälter, aber in diesem Fall trennte er den Vagusnerv vollständig ab. Dann stimulierte er das Herz des ersten Frosches durch Anlegen von Strom und übertrug nach einigen Minuten einen Teil der Lösung, in der dieses Herz eingetaucht war, auf das zweite Herz. Der Schlag des zweiten Herzens verlangsamte sich, als hätte es ebenso Vagus-Stimulation erfahren. Dieses erstaunliche Experiment zeigte eindeutig, dass Nerven das Herz nicht direkt beeinflussen, da das zweite Herz keine anhaftenden Nerven hatte. Mit Loewis Worten: "Nerven müssen an ihren Enden bestimmte chemische Substanzen freisetzen, die wiederum die bekannten Veränderungen der Herzfunktion verursachen, die für die Stimulation ihres Nervs charakteristisch sind."
Loewi hatte den ersten "Neurotransmitter" entdeckt, eine chemische Substanz, die eine elektrisch stimulierte Nervenzelle in die Synapse ausschüttet und die dann in einen Rezeptor einer benachbarten Zelle passt, ähnlich wie eine Hand in einen Handschuh passt. Wenn es eine exakte Passung gibt, "feuert" die Zelle, was bedeutet, dass ein elektrisches Signal zu ihrem Ende hinunterrutscht, wo mehr Neurotransmitter freigesetzt wird, der dann die nächste Zelle stimuliert und das Signal somit weitergeleitet wird. Der Neurotransmitter in Loewis Experiment entpuppte sich als Acetylcholin, dieselbe Chemikalie, von der Dale festgestellt hatte, dass sie die Herzaktivität verlangsamt, wenn sie in ein Tier injiziert wird. Dale und Loewi teilten sich 1936 den Nobelpreis für Medizin "für ihre Entdeckungen zur chemischen Übertragung von Nervenimpulsen."
Das Konzept der Neurotransmitter hat die medizinische Praxis revolutioniert, indem es die Möglichkeit für Medikamente bot, welche die Wirkung von Neurotransmittern verstärken, blockieren oder nachahmen können. Die Parkinson-Krankheit wird durch einen Dopaminmangel im Gehirn verursacht und kann mit Levodopa bekämpft werden, einem Medikament, das die Blut-Hirn-Schranke überwinden und Dopamin freisetzen kann. Spezifische Serotonin-Wiederaufnahme-Inhibitoren (SSRIs) erhöhen die Konzentration des stimmungsaufhellenden Neurotransmitters Serotonin an der Synapse; Atropin blockiert die Acetylcholinrezeptoren und kann die Herzfrequenz bei Herzinsuffizienz beschleunigen. Bis heute wurden über hundert Neurotransmitter identifiziert, von denen viele therapeutische Bedeutung haben.
Nachdem Loewi monatelang von den Nazis inhaftiert gewesen war und in dieser Zeit extrem an Gewicht verloren hatte, wurde er unter der Auflage freigelassen, dass er seinen gesamten Besitz, einschließlich des Nobelpreisgeldes, an die Nazis abtreten musste. Er landete als Einwanderer in Amerika und trug bis zu seinem Tod 1961 weiterhin zur Wissenschaft bei. Viele andere, die mitten in der Nacht das Klopfen der Gestapo hörten, darunter alle vier meiner Großeltern, hatten nicht so viel Glück.
*Dieser Artikel von Joe Schwarcz, Direktor des Office for Science and Society der Mc Gill University (Montreal) erschien zuerst (am 26. Feber 2026) auf der Webseite des Office for Science and Society unter dem Titel: "How Dreams and Frog Hearts Led to the Discovery of Neurotransmitters" (https://www.mcgill.ca/oss/article/medical-technology-history/how-dreams-and-frog-hearts-led-discovery-neurotransmitters). Der Autor hat sich freundlicherweise mit der Übersetzung seines Artikels durch ScienceBlog.at einverstanden erklärt, welche so genau wie möglich der englischen Fassung folgt und durch zwei Abbildungen ergänzt wird.