Evolutionäre Ursprünge des Endocannabinoid-Systems (ECS)

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Wenn du dich schonmal mit Cannabis Strains und den Zusammenhängen im menschlichen Körper beschäftigt hast, bist du bestimmt auch schon auf das Endocannabinoid-System gestoßen. Das Endocannabinoid-System ist ein komplexes Netzwerk aus Botenstoffen, Rezeptoren und Enzymen und wirkt wie ein fein abgestimmtes Regulierungssystem für Prozesse wie Schlaf, Stimmung, Appetit oder Stress.

Es funktioniert ganz ohne äußere Einflüsse wie Cannabis, denn der Körper kann auch seine eigenen „Cannabinoide“ produzieren. Erstaunlicherweise gibt es dieses System schon seit Hunderten Millionen Jahren.

Denn schon einfache Urtiere verfügten über erste Bausteine des Systems, das sich im Lauf der Evolution zu einem zentralen Steuermechanismus für das innere Gleichgewicht fast aller Tiere entwickelt hat. In diesem Artikel beleuchten wir die Hintergründe und Ursprünge des Endocannabinoid-Systems näher und geben dir Aufschluss darüber wie das ECS in verschiedenen Spezies funktioniert.

Ein uraltes System: Das ECS in der frühen Tierentwicklung

Das Endocannabinoid-System ist sehr alt und lässt sich bis zu einigen der frühesten mehrzelligen Tiere zurückverfolgen. Ziemlich beeindruckend oder? Nesseltiere, umgangssprachlich auch Quallen genannt, besitzen ein ECS, was darauf hindeutet, dass es zusammen mit den ersten neuronalen Netzwerken in der Evolution der Tiere entstanden ist.

In den Hydra-Tieren, welche auch zu Nesseltieren gehören und zu einem der frühsten Tiere mit Nervensystem gehören, reguliert die Endocannabinoid-Signalübertragung grundlegende Funktionen wie die Fressreaktion. Schwämme, mehrzellige Tiere, die hauptsächlich im Wasser leben, haben kein Nervensystem und besitzen auch kein ECS. Das deutet darauf hin, dass sich die Cannabinoid-Signalübertragung gleichzeitig mit der Komplexität des Nervensystems entwickelt hat.

Zudem besaß im Kambrium, der ältesten Periode des Erdaltertums vor über 500 Millionen Jahren, der gemeinsame Vorfahr der bilateralen Tiere, die von zwei Vorfahren abstammen, wahrscheinlich über eine Form von Cannabinoidrezeptoren oder Endocannabinoid-Signalwegen.

Zudem finden sich auch Enzyme für die Synthese und den Abbau von Endocannabinoiden in praktisch allen Tierstämmen. Jedoch sind die spezifischen Cannabinoidrezeptoren CB1 Rezeptoren und CB2 Rezeptoren, wie sie beim Menschen vorkommen, dagegen evolutionär jünger und kommen nur in bestimmten Abstammungslinien vor.

Evolution und Funktion des Endocannabinoid-Systems bei Wirbeltieren und Wirbellosen

Evolutionäre Analysen deuten darauf hin, dass die CB₁/CB₂-Typ-Rezeptoren, die wir in unserem menschlichen ECS haben, ihren Ursprung im gemeinsamen Vorfahren der Chordatiere, haben. Zu der Gruppe der Chordatiere gehören alle Wirbeltiere.

Tiere wie die Seescheide, die als engsten wirbellosen verwandten von Wirbeltieren gelten, verfügen über einen einzigen Cannabinoidrezeptor. Dieser sitzt in den Neuronen. Man nimmt deswegen an, dass dieser ursprüngliche Rezeptor sich wahrscheinlich in frühen Wirbeltieren vervielfältigt und diversifiziert hat.

Dadurch entstanden die getrennten CB₁- und CB₂-Rezeptoren, die in Fischen, Amphibien, Säugetieren usw. zu finden sind. Im Gegensatz dazu verfügen nicht-chordate, Wirbellose, im Allgemeinen nicht über CB₁/CB₂-Rezeptoren, was ein wichtiger vergleichender Unterschied ist.

Insekten und Endocannabinoide: Eine alternative Nutzung ohne Rezeptoren

Besonders auffällig bei Insekten, dass sie scheinbar nicht vollständig über CB₁/CB₂-Rezeptoren verfügen und dadurch auch nur minimale bis gar keine endogenen Cannabinoide produzieren. Es wird vermutet, dass der Grund für Abwesenheit auf die Biochemie der Insekten zurückzuführen ist:

• Insekten produzieren nur wenig Arachidonsäure, was die Fettsäurevorstufe von Endocannabinoiden wie Anandamid und 2-AG ist
• Dieser Ligandenmangel könnte zum Verlust von Cannabinoidrezeptoren in ihrer Physiologie geführt haben.
• Tatsächlich gehen Evolutionsbiologen deswegen davon aus, dass Insekten und einige andere Arthropoden ihre Cannabinoidrezeptoren im Laufe ihrer evolutionären Entwicklung verloren haben. Hierbei spricht man von einem sekundären Verlust.
• Bemerkenswert ist hierbei, dass Insekten auch ohne CB-Rezeptoren die Endocannabinoid-Moleküle nicht vollständig aufgegeben haben.

Endocannabinoide als chemische Waffe

Wie wir bereits gelernt haben, besitzen Insekten zwar nachweislich keine klassischen Cannabinoid-Rezeptoren wie CB₁ oder CB₂ besitzen. Dennoch produzieren sie Endocannabinoid-ähnliche Moleküle wie 2-AG.

Dies deutet darauf hin, dass sie diese 2-AG Stoffe für andere biologische Zwecke nutzen. Diese Zwecke sind insbesondere zur Abwehr von Fressfeinden oder zur Manipulation anderer Organismen. Hierbei handelt es sich um ein Beispiel für konvergente Evolution, bei der ähnliche Substanzen in ganz anderen Zusammenhängen genutzt werden.In dieser Weise scheiden bestimmte parasitäre Würmer, ebenfalls ekdysozoische Wirbellose, möglicherweise Endocannabinoide aus, um die Immunantwort ihres Wirts zu dämpfen.

Das Endocannabinoid-System bei Wirbeltieren: Vielfältig und hochentwickelt

Im Gegensatz dazu verfügen Wirbeltiere durchweg über ein ECS mit einem oder mehreren Cannabinoid-Rezeptoren. Außerdem verfügen sie auch über Enzyme zur Synthese und zum Abbau von Liganden.

Damit verfügen alle wichtigen Wirbeltiergruppen, dazu gehören Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere, über funktionsfähige ECS-Komponenten. Schon bei frühen Wirbeltieren wie den Neunaugen lässt sich eine sogenannte retrograde Signalübertragung durch Endocannabinoide nachweisen. Daraus lässt sich schließen, dass auch diese grundlegende Funktion des Endocannabinoidsystems (ECS) bereits in einfachen Nervensystemen vorhanden war.

Mit der Entwicklung komplexerer Gehirne bei Wirbeltieren erweiterte auch das ECS seine Funktionen. Säugetiere verfügen deswegen über zwei gut charakterisierte Cannabinoidrezeptoren (CB₁ vorwiegend im Nervensystem und CB₂ größtenteils im Immunsystem), die wahrscheinlich durch Genduplikation in der frühen Evolution der Wirbeltiere entstanden sind.

Verlust, Vielfalt und Ursprung: Das ECS im Spiegel der Wurm-Evolution

Die vielfältige Tiergruppe der Fadenwürmer, Nematoden, liefern ein spannendes Beispiel für die Vielfalt des Endocannabinoid-Systems im Tierreich. Während eine der meist erforschten Arten, die sogenannte Caenorhabditis elegans, keine klassischen Cannabinoidrezeptoren (CB₁/CB₂) aufweisen, wurden bei einer anderen Art, Pangrellus redivivus, hochaffine Bindungsstellen für Cannabinoide gefunden.

Dadurch lässt sich vermuten, dass das ECS nur in manchen Arten der Fadenwürmer teilweise erhalten blieb oder im Laufe der Evolution verloren ging. Zudem zeigen diese Unterscheide, dass das ECS bereits früh in der Entwicklung vielzelliger Tiere entstand. Hierbei dient es vor allem zur Steuerung neuronaler Prozesse und zur Aufrechterhaltung der Homöostase.

Gleichzeitig macht das Beispiel deutlich, dass bestimmte Tiergruppen wie Insekten oder einige Würmer die typischen Rezeptoren im Lauf ihrer Entwicklung möglicherweise wieder verloren haben. Das könnte an anderen körperlichen Anforderungen oder ökologischern Gründen liegen.

Biologische Funktionen des ECS bei verschiedenen Spezies

Im gesamten Tierreich spielt das Endocannabinoid-System eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der dynamischen Homöostase, dem Gleichgewicht der physiologischen Körperfunktionen.

Im Folgenden fassen wir für dich die wichtigsten Funktionen des ECS zusammen:

1. Neurale Modulation und Neuroprotektion

Das Endocannabinoidsystem (ECS) übernimmt im Gehirn eine zentrale Rolle: Es schützt hier Neuronen vor Überlastung, steuert die Plastizität und sorgt dafür, dass das Nervensystem ohne Probleme arbeitet und gesund sowie stabil bleibt. Diese Funktion gilt sowohl in der Entwicklung als auch im Erwachsenen Alter.

• Als „Dimmerfunktion“ für Neuronen verhindern Endocannabinoide eine Überreizung des Gehirns durch eine rückwirkende Hemmung der Signalübertragung.
• Beim Lernen und Gedächtnis trägt das ECS zur Anpassungsfähigkeit neuronaler Netzwerke bei.
• Zum Schutz bei neuronalen Schäden dämmt das ECS Zellstress und Zelltod ein.
• Bei Regulation der Gehirnentwicklung beeinflusst das ECS, wie Nervenzellen sich teilen, wandern und miteinander Verbindungen bilden.
• Die Neuroplastizität im Erwachsenenalter wird durch das ECS unterstützt, welche etwa für das Lernen nötig sind.
• In der Modulation wichtiger Neurotransmitter wird die neuronale Balance durch das ECS gesteuert.
• Die Wirkung, die Neuronen beschützt, hat Potential zur Therapie bei Hirnerkrankungen.

2. Stressreaktion und Homöostase

Auch bei Stressreaktion im Körper ist das ECS eine große Hilfe. Denn es ermöglicht eine schnelle Reaktion auf akute Gefahr und unterstützt den Körper danach aktiv dabei, ruhig zu werden. Damit schützt es vor den langfristigen Schäden chronischer Überlastung.

• Der schnelle Anpassungsmechanismus bei Stress ermöglicht eine sofortige Reaktion auf Gefahr.
• Das ECS dient als Bremse nach der Alarmphase, indem das 2-AG die Cortisolausschüttung dämpft.
• Schäden durch Dauerstress werden durch eine gezielte Regulation verhindert und damit schützt das ECS den Körper vor den Folgen chronischer Belastung.
• Eine Regulationsstörung von Anandamid begünstigt psychische Erkrankungen und kann zu Angst und Depression beitragen.
• Cannabinoide können als mögliche Therapie dienen, um das ECS mit stimulierenden Wirkstoffen auszugleichen und beruhigend zu wirken.
• Das ECS balanciert biochemische Prozesse aktiv aus, um Stabilität im Inneren zu sichern.

3. Immunregulation und Entzündungshemmung

Im Immunsystem wirkt das ECS als Schutzbremse, indem es übermäßige Entzündungen verhindert und Heilprozesse fördert. Damit hilft es, Immunreaktionen gezielt zu lenken. Diese Funktion findet im ganzen Körper statt und reicht von der Haut bis zum Darm.

• ECS wirkt direkt auf Immunzellen, welche CB₂-Rezeptoren und auf Endocannabinoide reagieren.
• Übermäßigen Entzündungen werden verhindert, indem die Freisetzung entzündungsfördernder Botenstoffe gezielt unterdrückt wird.
• Die regenerativen Prozesse werden gefördert, indem Immunzellen in einen „heilenden“ Zustand versetzt werden. Auch die Gewebereparatur wird gefördert.
• Das ECS hilft in der Apoptose überaktiver Zellen, indem fehlgeleitete Immunzellen sicher abgebaut werden. Damit wird zusätzlicher Schaden vermieden.
• Die Balance in Haut und Darm wird mithilfe des ECS feinfühlig bei Immunreaktionen an Barrieren vermittelt.
• Die Dysfunktion des ECS fördert Immunstörungen, Autoimmunerkrankungen und chronische Entzündungen.
• Die pflanzlichen Cannabinoide zeigen auch entzündungshemmende Wirkungen über das ECS.

4. Stoffwechsel und Energiehaushalt

Zusätzlich reguliert das ECS den Energiebedarf des Körpers, welcher von der Appetitsteuerung im Gehirn bis hin zur Energieverwertung in Fettgewebe und Leber reicht. Damit unterstützt es den Körper bei der Feinabstimmung des metabolischen Gleichgewichts.

• Die Appetitregulation wird über CB₁ im Gehirn gesteuert. Wenn der Körper Energie braucht, steigt der ECS-Tonus und die Person verspürt Hunger.
• Das ECS steuert in Leber und Fettgewebe die Speicherung und Verwertung von Energie, indem es den Fett- und Zuckerstoffwechsel reguliert.
• Eine Überaktivierung des ECS kann Stoffwechselkrankheiten wie Fettleibigkeit und Insulinresistenz begünstigen.
• Das ECS unterstützt zusätzlich auch bei der Feinabstimmung bei Hunger und Sättigung, indem es einen Mangel oder Überfluss erkennt und daraufhin Stoffwechselvorgänge flexibel anpasst.
• Es spielt eine Rolle bei Verdauung und Darmfunktion, indem es den Darm vor übermäßiger Reizbarkeit schützt und die Barrierefunktion erhält.
• Das ECS gilt als Zentrale Schaltstelle für Energiebalance, indem es zwischen Gehirn und Organen wichtige Energiesignale vermittelt.
• Auch einfache Tiere wie Fadenwürmer nutzen ECS-ähnliche Systeme. Daraus lässt sich schließen, dass schon frühe Lebewesen Nahrung über ähnliche Signalwege steuern.

5. Weitere physiologische Funktionen

Neben den bereits erwähnten Hauptaufgaben ist das ECS in viele weitere Prozesse eingebunden. Diese reichen von Schmerzlinderung über Emotionen bis hin zur Knochengesundheit. Dabei wirkt es systemübergreifend und trägt im Allgemeinen zur Stabilität bei.

• In der natürlichen Schmerzregulation blockieren Endocannabinoide Schmerzsignale und senken die Empfindlichkeit bei Verletzungen.
• Die Stimmung kann durch Anandamid bei ausreichender Konzentration aufgehellt werden, was auch Ängste reduzieren kann.
• Das ECS beeinflusst Hormonzyklen hat damit auch einen Einfluss auf Fortpflanzung und Sexualität
• Die Regulation des Knochenstoffwechsels durch CB₂ beeinflusst sowohl den Aufbau als auch den Abbau von Knochensubstanz.
• Das ECS reguliert die Homöostase in mehreren Körper- und Organsystemen, darunter Herz, Hormonsystem, Nervensystem, Verdauung und Immunsystem.
• Das ECS agiert als universeller Regulator der Physiologie wie ein eingebautes Gleichgewichtssystem aktivierend oder dämpfend.

Fazit

Das Endocannabinoid-System (ECS) ist ein uraltes und evolutionär konserviertes Netzwerk aus Rezeptoren, Botenstoffen und Enzymen. Zudem spielt es eine zentrale Rolle bei der Regulierung der inneren Balance, der Homöostase in Tieren und auch im menschlichen Körper.

Es entstand sehr früh in der Tierentwicklung und ist in vielen Arten, von einfachen Nesseltieren bis zu komplexen Wirbeltieren, vorhanden. Die klassischen Cannabinoidrezeptoren CB₁ und CB₂ entwickelten sich im gemeinsamen Vorfahren der Wirbeltiere und fehlen bei vielen wirbellosen Tieren wie Insekten, die das ECS auf andere Weise nutzen.

Trotz unterschiedlicher Präsenz von Rezeptoren ist die Fähigkeit zur Produktion endocannabinoidähnlicher Moleküle nahezu universell, was die fundamentale Bedeutung dieses Signalsystems unterstreicht. Das ECS beeinflusst vielfältige Prozesse wie neuronale Aktivität, Stoffwechsel, Immunfunktion und Verhalten und ist damit ein wichtiger Bestandteil der Tierbiologie.