Kwaku Ananse

Als ich das erste Mal von der DNA gelesen habe, hieß es da, dass sich darauf die Gene befinden und diese die Proteine kodieren, aus denen sich wiederum die Zellen zusammensetzen, die die DNA enthalten. Ungeklärt war, wie beide entstanden sind und wie sie sich zu Beginn des Lebens zum gemeinsamen Verband zusammengetan haben. Es ist schon eine ganze Weile her, dass ich als Kind eine Reihe von Artikel in Weltall Erde Mensch fand. Dieses Buch gab es nur bis 1975 zur "Jugendweihe", aber ich habe es lange vorher, so mit 8 bis 10 gelesen, es hat mich fasziniert. Es gab darin auch einen Artikel darüber, wie sich Oparin die Ursuppe vorgestellt hat. Heute bevorzugt man ja eher die Black Smoker als Entstehungsort des Lebens.

Inzwischen sind die Kenntnisse viel weitergehend, allerdings mit der Nebenwirkung, dass einige scheinbare Gewissheiten gründlich zerbröselt sind. Liest man heute über die Gene in der Wikipedia nach, dann findet man dort:

Die Definition, was ein Gen genau ist, hat sich ständig verändert und wurde an neue Erkenntnisse angepasst. Für den Versuch einer aktuellen Definition benötigten 25 Wissenschaftler des Sequence Ontology Consortiums der Universität Berkeley Anfang 2006 zwei Tage, bis sie eine Version erreichten, mit der alle leben konnten. Ein Gen ist demnach a locatable region of genomic sequence, corresponding to a unit of inheritance, which is associated with regulatory regions, transcribed Regions and/or other functional sequence regions (eine lokalisierbare Region genomischer DNA-Sequenz, die einer Erbeinheit entspricht und mit regulatorischen, transkribierten und/oder funktionellen Sequenzregionen assoziiert ist).

Und auch diese Definition ist nicht endgültig. Durch das ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements)-Projekt, bei dem die Transkriptionsaktivität des Genoms gemappt wurde, wurden neue, komplexe Regulationsmuster gefunden und festgestellt, dass die Transkription von nichtcodierender RNA viel verbreiteter ist als bisher bekannt. Ein Gen ist demnach eine Einheit aus genomischer DNA-Sequenz, die einen zusammenhängenden Satz von potenziell überlappenden funktionellen Produkten codiert (A gene is a union of genomic sequences encoding a coherent set of potentially overlapping functional products).

Insbesondere die Wortgruppe "nichtkodierende RNA" verdient hierbei größte Aufmerksamkeit, denn die für Proteine kodierenden Gene machen beim Menschen nur etwa 1,5% der Erbsubstanz aus, bei anderen Lebewesen ist es ähnlich. Einige Tiere haben zudem mehr Gene als der Mensch. Wenn unser Verständnis von Evolution richtig ist, wozu sollte die Natur über hunderte von Millionen Jahren soviel unnützen Datenmüll wieder und wieder reproduzieren, was enorme Kosten verursacht: größere Zellkerne, höherer Ressourcenverbrauch beim Kopieren. Und worin äußert sich der gewaltige Vorsprung des Menschen in seinen intellektuellen Fähigkeiten gegenüber anderen Tieren, die dieselben Proteine verwenden - und uns auch darum so gut schmecken ;-) ?

Einen ziemlich guten Artikel zu diesem Thema "Grammatik des Lebens" findet man im Spiegel 4/2009 vom 19.1.2009:

Tatsächlich mehren sich die Zweifel, ob die Gene im Verlauf der Evolution wirklich die Regie geführt haben. Immer mehr Indizien sprechen dafür, dass sie keineswegs die allein bestimmende Rolle, möglicherweise nicht einmal die entscheidende gespielt haben. „Unser Blick war viel zu sehr auf die Gene allein konzentriert", erklärt Carroll. Er fragt sich, ob die tatsächlichen Stellschrauben der Evolution nicht an ganz anderen Stellen zu finden sind.

Besonders eine Entdeckung beschäftigt die Forscher: Bei der Untersuchung von Embryonen sind sie auf eine Art Bausatz gestoßen, der sich im Erbgut eines jeden Tieres findet. Er besteht aus einigen hundert Genen, die allesamt rund 600 Millionen Jahre alt sind. Über diesen unermesslich langen Zeitraum wurde der genetische Masterplan zur Konstruktion von Tierkörpern fast unverändert von Kreatur zu Kreatur weitergegeben.

Einige der Bausatzgene lassen im Embryo Gliedmaßen wachsen - ganz egal, ob es nun Fischflossen, Adlerschwingen oder Fliegenbeine sind. Andere wiederum steuern die Bildung von Augen - und zwar gleichermaßen die Facettenaugen der Käfer, die Linsenaugen der Tintenfische oder die Schlitzaugen der Chinesen.

Verblüffend aber ist, dass sich diese Gene im Verlauf der Evolution kaum verändert haben. Aus Flossen wurden Beine, Arme oder Flügel, einfache Pigmentflecken entwickelten sich zu Fliegen- oder Menschenaugen. Doch die Bausatzgene, die diesen Prozess steuern, blieben gleich. Es veränderte sich nur die Art und Weise, wann und wo im Organismus sie angeschaltet werden. Ähnlich wie sich aus einigen wenigen Legosteinen eine kaum begrenzte Vielzahl verschiedener Fahrzeuge, Gebäude oder Figuren bauen lässt, so schuf die Natur offenbar neue Organismen, indem sie einige wenige Bausatzgene auf immer neue Weise an- und abschaltete, regulierte und kombinierte.
…
Wie all diese Pracht entsteht? Bis ins Detail hat Carroll herausgefunden, wie einige wenige Bauplangene, auf immer wieder andere Weise angesteuert, solche Muster hervorbringen können. Er ist dabei auf ein unerhört komplexes Netzwerk von genetischen Schaltern gestoßen. Und er ist überzeugt: Dies ist die eigentliche Steuerzentrale der Evolution. Die Schalter, von denen Carroll spricht, liegen in Regionen des Erbguts, denen die Wissenschaftler lange wenig Beachtung geschenkt haben. Sie interessierten sich nur für jene Passagen des DNA-Texts, die im genetischen Code abgefasst sind. Seit dieser Mitte der sechziger Jahre geknackt wurde, waren diese Teile des Erbguts leicht zu lesen: Sie enthalten Instruktionen zur Herstellung von Proteinen.

Doch nach diesem Code sind gerade einmal 1,5 Prozent des menschlichen Genoms verschlüsselt. Die anderen „nichtcodierenden" 98,5 Prozent sind größtenteils wirr und unverständlich. Die Forscher taten sie als bloßen DNA-Müll ab - als bedeutungslosen Buchstabensalat, der sich eben im Laufe der Jahrmillionen angesammelt habe.

Inzwischen jedoch sind die Forscher ins Grübeln geraten. Riesige Wüsten im Erbgut haben sie entdeckt, in denen sich nicht ein einziges Gen findet. Und doch wurden diese Regionen des DNA-Texts über viele Jahrmillionen hin verblüffend wenig verändert. Warum, so fragt sich, sind sie so gut erhalten, wenn sie wirklich nur sinnloser Abfall sind?

Seit die Forscher diesen vermeintlichen Müll näher unter die Lupe nehmen, entdecken sie, dass manche dieser Textpassagen von Schaltern übersät sind, die Gene an- und abschalten können. Bei jedem Gen, so zeigt sich nun, wetteifern mehrere, nicht selten Dutzende solcher Schalter um ihren Einfluss.

Und noch etwas spricht dafür, dass die nichtcodierenden Regionen wichtiger sind als lange geglaubt. Von ihnen erhoffen sich die Genforscher die Antwort auf eine Rätselfrage, die ihnen schon seit Jahren Kopfzerbrechen bereitet: Wieso eigentlich hat der Mensch nur so wenige Gene?
Letzte Einigkeit über die genaue Anzahl der Menschengene ließ sich noch immer nicht herstellen. Die Schätzungen schwanken, aber derzeit gilt ein Wert um etwa 22000 als wahrscheinlich. Das ist kaum mehr, als der einen Millimeter lange Fadenwurm (20000 Gene) und die primitive Seeanemone (18000 Gene) vorzuweisen haben, und sogar etwas weniger als der Wert der Maus (23000 Gene).

Mensch und Wurm in derselben Liga, wie ist so etwas möglich? Diese Zahlen erlauben nur eine Deutung: Die Gene allein spiegeln die Komplexität eines Organismus nur ungenügend wider. Wenn aber nicht in den Genen, wo ist das Geheimnis der Komplexität dann verborgen? Gerade ist eine US-amerikanische Forschergruppe auf ein wesentlich besseres Maß gestoßen - und zwar in den nichtcodierenden Regionen. Die Wissenschaftler untersuchten sogenannte miRNA, eine erst vor wenigen Jahren entdeckte Art von kleinen Steuermolekülen, die in vielfältiger Weise eingreifen in die Regulierung des Zellstoffwechsels. Forscher zählten schlicht ab und stellten fest: 677 dieser Schnipsel finden sich beim Menschen, die Maus liegt mit 491 schon deutlich dahinter. Der Fadenwurm bringt es gerade einmal auf 154 miRNA, die Seeanemone ist mit 40 ganz abgeschlagen. Im Großen und Ganzen geben diese Zahlen recht gut das Maß von Komplexität wieder, das Biologen diesen Organismen zubilligen. Befunde wie dieser haben „Regulierung" zum Modewort unter Evolutionsbiologen werden lassen - auch wenn das Feld noch ganz am Anfang steht.

Zu diesem Thema passen auch die beiden verwandten Prozesse Epigenese und Epigenetik recht gut. Die Epigenese erklärt, wie sich im Laufe der embryonalen Entwicklung trotz identischem Erbmaterial Zellen mit vollkommen unterschiedlichen Eigenschaften ausbilden. Eine Haarzelle und eine Muskelzelle haben zum Beispiel die gleiche DNA, weil sie beide letztlich aus derselben befruchteten Eizelle hervorgegangen sind. Auch hier spielen wieder Schalter in der DNA eine Rolle, die für das Leben des betreffenden Organismus irreversibel Gene ein- und ausgeschaltet haben. Das erklärt das große Interesse an sogenannten Stammzellen, bei denen diese Weichenstellungen noch nicht erfolgt sind und die sich deshalb in beliebiges Gewebe umwandeln lassen.

Mit der erst in letzter Zeit ins Zentrum des Interesses gerückten Epigenetik wird ein klein bisschen der alte Lamarck rehabilitiert. Zwar können zu Lebzeiten eines Organismus keine neuen Eigenschaften ins Erbgut eingebaut und dann vererbt werden, aber bereits in den Keimzellen umgelegte molekulare Schalter in der DNA können sehr wohl an die Nachkommen übertragen werden. Sehr interessant in diesem Zusammenhang der Artikel Mütter können Erfahrungen vererben. Auf den Menschen übertragen kann man zum Beispiel vermuten, dass rauchende Frauen, die bereits vor dem Beginn der Schwangerschaft mit dem Rauchen aufhören, trotzdem die Affinität für Nikotin an ihre späteren Kinder übertragen und dieser Effekt unter Umständen sogar noch bei ihren Enkeln und Urenkeln nachweisbar sein könnte!

Für mich bleibt die Desoxyribonukleinsäure eines der rätselhaftesten Moleküle, die das Leben zu bieten hat, deren eigener Ursprung und die Verbindung mit den Proteinen trotz aller Forschung weiterhin im Dunkeln bleibt und das einen großen Anteil an der Information ausmacht, die zur Erzeugung von Lebewesen notwendig ist, einschließlich des Menschen.

Einen großen Anteil - aber nicht die gesamte notwendige Information. Ich bin immer belustigt, wenn ich lese, dass die gesamte Information, die einen Menschen ausmacht, auf eine CD passt - weil man die genetische Information der menschlichen DNA dort speichern kann. Wer glaubt, dass diese Information genügt, lege doch einfach eine solche CD auf den Mond oder Mars und warte auf die Urzeugung des ersten Menschen an dieser Stelle. Es wird dort gar nichts passieren. Unsere DNA ist nicht die Information, die zur Erzeugung eines Menschen benötigt wird, sondern bloß die Information, die unserer Umwelt zur Erzeugung eines Menschen fehlt. Zusätzlich wird benötigt: Ein geeignetes Universum, eine Sonne, ein mittelgroßer Planet mit den richtigen chemischen Verbindungen, eine bereits vorhandene Biosphäre, 5 Milliarden Jahre Zeit und viele glückliche Zufälle. Diese Information ist um viele Zehnerpotenzen größer und nicht seriös abzuschätzen.

Apropos Zufälle: Zufälle innerhalb eines Modells (hier in Form der Mutationen die die Variationen des Erbguts innerhalb der Evolution hervorrufen) sind ein Indikator dafür, dass sich innerhalb des Modells die Ursache nicht finden lässt. Das ist keine theologische Aussage, sondern nur die sachliche Feststellung, dass die Evolutionstheorie das "Wie?" des Prozesses der Entwicklung der biologischen Arten sehr gut beschreiben kann, die Sinnfrage, die nach dem "Warum?" aber unbeantwortet lässt und aufgrund ihres Ansatzes auch lassen muss. Das muss kein Nachteil sein, aber man sollte es wissen.

Kategorie: Evolution