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Genetik : Vom Expansionsdrang der Genome

Kein falscher Farbtupfer: Das Genom des Genpioniers Craig Venter Bild: J. Craig Venter Institute

Wie kommt das Neue in die Evolution? Häufig sind es kleine Schritte, doch viele Gene werden offenbar erst nach großen ökologischen Umbrüchen im Erbgut geboren.

          Wie muss man sich die Entstehung von gut fünfundzwanzigtausend Genen im Laufe von einer Milliarde Jahre vorstellen? Wie also und wann ist das genetische Programm "geschrieben" worden, das eine so beispiellose ökologische Anpassungsfähigkeit und eine derart komplexe Architektur wie beim Menschen möglich gemacht hat - aber auch schon bei Fischen, Insekten, Pflanzen und Pilzen erkennbar wird? Die Genomforschung ist in diesen Fragen mittlerweile auf einige heiße Spuren gestoßen.

          Joachim Müller-Jung

          Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Zu den faszinierendsten Phänomenen zählt in dieser Hinsicht die Duplikation von Genen und ganzen Genomen. Vor einigen Monaten hatten amerikanische Forscher in der Zeitschrift "Nature" (Bd. 457, S. 877) über bemerkenswerte Funde in den Genomen von Mensch, Schimpanse und Gorilla berichtet. Jeweils unmittelbar vor der mutmaßlichen Aufspaltung der Abstammungslinien der vier Primatenarten vor Millionen Jahren war es offenbar zu regelrechten "Ausbrüchen" von Genduplikationen gekommen. Ganze Abschnitte des Erbguts verdoppelten sich plötzlich rasant und veränderten damit dauerhaft die Zusammensetzung des Genoms. Das betraf ausschließlich die zwischen den eigentlichen Genen liegenden Sequenzen - Genomabschnitte, die gerne als "Junk-DNA" oder "Schrott-DNA" bezeichnet werden. Bis es zur Abspaltung des Menschen kam, war ein Großteil der Duplikationen schon fest verankert. Allerdings erwiesen sich diese in ihren Genomsequenzen als außerordentlich variabel. Mensch und Affen unterscheiden sich dort massiv, und einige der neu entstandenen duplizierten Genomabschnitte findet man heute sogar exklusiv beim Menschen.

          Die Bedeutung von Junk

          Diese Beobachtung hat den Verdacht genährt, dass einem Großteil der vermeintlich sinnlosen, nichtkodierenden Junk-DNA eine tragende Rolle in der Evolution zufällt. Eine besonders spannende Entdeckung hat in dieser Hinsicht jüngst die Gruppe um Diethard Tautz vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön gemacht. Auf Chromosom 10 der Maus, inmitten einer ausgedehnten Region von Schrott-DNA, haben die Forscher ein Gen ausfindig gemacht, das offenkundig durch sukzessive Veränderungen - durch einzelne aufeinanderfolgende Mutationen - entstanden ist - ein Prozess, der mindestens zweieinhalb bis dreieinhalb Millionen Jahre zurückliegen und auch einige Zeit gedauert haben dürfte. Als die Forscher die Abschrift des ausschließlich bei Mäusen vorkommenden Gens blockierten, zeigte sich, dass die Erbanlage in der Fortpflanzung eine wichtige Rolle spielt: Mäuse ohne das dreiteilige funktionsfähige Gen haben kleinere Hoden und langsamere Spermien ("Current Biology", doi: 10.1016/j.cub.2009.07.049). Selten hat man so klar nachvollziehen können, dass die Geburt neuer Gene - die "De-novo-Evolution" - tatsächlich eine derart wichtige Funktion in der Säugetierentwicklung einnehmen könnte.

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