Freitag, 20. Februar 2009

8 Millionen Jahre alte "Spielwiese" der Evolution entdeckt

- im Genom von Menschenaffen und Menschen

Als Susumo Ohno (1928 - 2000) (siehe Bild links) 1970 sein wichtiges Buch "Evolution by Gene Duplication" veröffentlicht hatte, dauerte es noch viele Jahre, bis seine innovativen Gedanken zum Allgemeinwissen der Evolutionsforscher wurden. Noch heute ist sein gut lesbares, gedanklich leicht nachvollziehbares Buch wohl vielen Evolutionsforschern nicht oder nicht ausreichend bekannt.

Der japanische Genetiker Ohno zeigte auf, daß bei vielen großen Übergängen der Evolution, etwa beim Übergang vom Wasser auf das Land, sich in den Genomen der diese Übergänge vollziehenden Tiere in großem Umfang Gen-Verdopplungen ansammelten, die sich zum Teil bis heute erhalten haben. Man kann vermuten, daß diese sinnvoll waren, weil dadurch die Evolution eine "Spielwiese" erhielt. Während die Organismen die alten Gen-Sequenzen zur Aufrechterhaltung der täglichen Lebensnotwendigkeiten benutzen konnten, konnten sie auf den verdoppelten Gen-Abschnitten mit neuen Möglichkeiten der Anpassung an die Umwelt experimentieren.

Nun macht überraschenderweise eine jüngst erschienene "Nature"-Studie auf die Bedeutung der Gen-Verdopplung auch in der Evolution der Menschenaffen und des Menschen aufmerksam. Im Handelsblatt werden die Autoren derselben mit den Worten zitiert:
„Unsere neue Studie zeigt große Unterschiede im Erbgut von Menschen und großen Affen innerhalb der verdoppelten Abschnitte, die schnell veränderliche Gene enthalten. Die meisten dieser Unterschiede entstanden zu einer Zeit kurz vor der Artbildung von Schimpanse, Gorilla und Mensch“, sagen Tomas Marques-Bonet und Jeffrey Kidd von der Universität von Washington. (...)

Genduplikation kann zu schweren Defekten führen, ist aber auch ein wesentlicher Mechanismus der Evolution. Durch Mutationen der Gen-Kopie können auch neue Gene mit zusätzlichen Funktionen entstehen. Den Forschern ist noch unklar,warum die Vorfahren von Mensch, Schimpanse und Gorilla derart viele Gen-Duplikationen durchmachten. „Wir kennen auch noch nicht die Funktionen der meisten betroffenen Gene“, sagt Kidd.
Und Die Presse schreibt richtig, Genverdopplungen
kommen auch sonst in der Entwicklung der Arten vor. Wo immer sie auftreten, wirken sie innovationsfördernd. Der Grund dafür: Nach einer Verdopplung sind von den betroffenen Genen jeweils (mindestens) zwei Ausgaben im Genom. Wenn eine davon eine Mutation durchmacht, ist noch immer die andere Ausgabe da – und sorgt dafür, dass die lebensnotwendigen Aufgaben des Gens erfüllt werden. Das heißt: Die Mutation wird nicht gefährlich. So kann sozusagen gefahrlos getestet werden, ob das mutierte Gen nicht doch für etwas gut ist: Wenn ja, dann kann es sich in den nächsten Generationen weiterentwickeln, bis es vielleicht ganz neue Aufgaben übernommen hat.
Ob all diese erstmals von Susumo Ohno genannten Gedanken noch mit dem traditionellen Bild der Evolution durch (Punkt-)Mutation und Selektion des Neodarwinismus vereinbar ist, diese Fragen haben sich viele Evolutionsforscher bis heute noch nicht ausreichend gestellt. Die neue Studie gibt dazu erneut Veranlassung. Auf Scinexx wird berichtet:
„Es ist noch unklar warum, aber der gemeinsame Vorfahre hatte eine ungewöhnlich hohe Kopieraktivität“, erklärt Jeffrey Kidd, Genetiker an der Universität von Washington und einer der Leiter der Studie.
Und der Wissenschaftsblog Science-meets-Society schreibt gut informiert (Hervorhebung nicht im Original):
Manche dieser Duplikationen betrugen 20.000 Basenpaare und mehr, und wurden wohl auch deshalb bei früheren Untersuchungen nicht bemerkt. Manche dieser duplizierten oder sogar triplizierten oder Quadruplizierten Einheiten enthielten ganze oder sogar mehrere Gene, was zu einer Erhöhung der Expressionsaktivität führen kann. Ausserdem kann eine unvollständige Duplikation die Funktion des betroffenen Gens verändern und die Duplikation einer Kontrolleinheit ebenfalls die Aktivität. Es könnte also sein, das das Menschsein nicht von mutationsbedingten Veränderungen einzelner Buchstaben des DNA-Codes abhängt, sondern vielmehr auf strukturellen Veränderungen basiert. Diese Duplikationen ermöglichen eine hohe Plastizität in der Anpassung an veränderte Lebensräume und Bedingungen.(...)
Zwanzig Prozent der gefundenen Duplikationen waren speziell auf den Menschen begrenzt und die meisten darin enthaltenen genetischen Informationen gehörten zu Proteinen unbekannter Funktion. Es gibt also noch viel zu tun!
Und wie heißt es in der Zusammenfassung des Originalartikels (Nature)?:
We find that the ancestral branch leading to human and African great apes shows the most significant increase in duplication activity both in terms of base pairs and in terms of events. (...) We discover striking examples of recurrent and independent gene-containing duplications within the gorilla and chimpanzee that are absent in the human lineage. Our results suggest that the evolutionary properties of copy-number mutation differ significantly from other forms of genetic mutation and, in contrast to the hominid slowdown of single-base-pair mutations, there has been a genomic burst of duplication activity at this period during human evolution.
(Rechts Tomas Marques-Bonet, der Erstautor der Studie.) Diese neu entdeckte "Spielwiese der Evolution" sollte auch die Gedanken der Genetiker und Evolutionsforscher wieder mehr dazu anreizen, ihre Phantasie spielen zu lassen: Durch An- und Abschalten von Genen vollzieht sich Evolution ... Und dadurch vor allem wird Neues entstanden sein in der Evolution.

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