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Evolution der Säugetiere enträtselt

07.04.2006
Biologen der Universität Münster bestimmten Verwandtschaftsverhältnisse

Die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen heute lebenden Arten und Rassen lassen sich häufig aus morphologischen Merkmalen wie Körperbau und Knochenstruktur ableiten. Auch Fossilien längst vergangener Lebensformen, ausgegraben aus verschieden alten Erdschichten, helfen Morphologen und Paläontologen, die Entstehung heutiger, aber auch längst ausgestorbener Lebewesen chronologisch nachzuzeichnen. Gelegentlich haben sich diese Merkmale jedoch unabhängig voneinander entwickelt, und es scheint zusammen zu passen, was nicht zusammengehört. Dass geologische Fossilien nicht immer notwendig sind, da jedes Lebewesen fossile Gene in sich trägt, hat jetzt das Team um Dr. Jürgen Schmitz vom Institut für Experimentelle Pathologie des Zentrums für Molekularbiologie der Entzündungen (ZMBE) der Universität Münster gezeigt. Mithilfe so genannter "springender Gene" konnten sie die Verwandtschaftsverhältnisse des Menschen zu zahlreichen Tiergruppen aufklären. Eine fehlerfreie Darstellung von Abstammungsverhältnissen ist essenziell, zum Beispiel wenn Tiermodelle Rückschlüsse auf humane Prozesse zulassen sollen.

Springende Gene, auch Transposons genannt, sind zumeist funktionsneutrale DNA-Abschnitte. Transposons sind mobile Module des Genoms und wurden erstmals in den 1950er Jahren von Barbara McClintock bei cytogenetischen Studien am Mais entdeckt. Schmitz und sein Team beschäftigen sich mit einer bestimmten Klasse springender Gene, den RNA-Transposons, die nicht ausgeschnitten und in einem anderen Abschnitt des Chromosoms eingesetzt, sondern kopiert und eingefügt werden. "Diese Insertionen geschehen an zufälligen Genompositionen, beim Menschen ungefähr einmal in 200 Geburten", erläutert Schmitz. Milliarden potenzielle Integrationsorte sind im menschlichen Genom zu finden. Für Schmitz und sein Team sind diese transposablen Elemente interessant, weil sie weitgehend unverändert sehr lange Zeiträume in den Chromosomen überstehen können. Ihre Aktivität lässt sich mehr als 100 Millionen Jahre zurückverfolgen. Rund 45 Prozent des menschlichen Erbgutes konnten eindeutig auf springenden Gene zurückgeführt werden. Im Vergleich dazu sind weniger als zwei Prozent des menschlichen Genoms für die Kodierung der Proteine verantwortlich.

Vergleicht man die Anwesenheit bestimmter springender Gene an deren Insertionsstelle im Genom verschiedener Tierarten, so lassen sich zuverlässig die Verwandtschaftsverhältnisse aus dem Vorhandensein oder der Abwesenheit der Transposons ablesen. "Häufig sind die transposablen Elemente fragmentiert. Wir bestimmen den Insertionsort, den Typ des springenden Gens und die Art der Fragmentierung", erklärt Jan Ole Kriegs, einer der Mitarbeiter von Schmitz. Weitere Hinweise geben Nukleotid-Sequenzwiederholungen zu beiden Seiten der Transposons, die durch den Insertionsprozess entstehen. Sind alle Faktoren bei unterschiedlichen Spezies identisch, dann ist klar, dass sie auf das gleiche Transpositionsereignis und damit auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückzuführen sind.

Für ihre Arbeit konnten die Biologen auf die fast vollständig entschlüsselten Genome von Mensch, Maus, Hund und Kuh zurückgreifen. Weiter waren die jetzt verfügbaren großen Bestandteile der Genome von Opossum, Gürteltier und Elefant hilfreich. So lassen sich einzelne Verwandtschaftsverhältnisse und ganze Stammbäume rekonstruieren. Mit dem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanzierten Projekt konnte nachgewiesen werden, dass der Mensch unter den Primaten im Stammbaum der Säuger einen gemeinsamen Ast mit Spitzhörnchen, Pelzflatterern, Nagetieren und Hasenartigen bildet, den so genannten Supraprimaten. "Bisher hat man nicht eindeutig ausschließen können, dass der Mensch näher zum Hund als zur Maus verwandt ist. Diese Vorstellung ist jetzt zweifelsfrei widerlegt", berichten Schmitz und Kriegs, die ihre Ergebnisse zusammen mit anderen Kollegen gerade im renommierten "open access"-Journal "PLoS Biology" veröffentlicht haben.

Wichtig ist eine korrekte Vorstellung der Verwandtschaftsverhältnisse beispielsweise auch in der medizinischen Forschung. "Für vergleichende Studien an Mensch und Tier brauchen wir zuverlässige Stammbäume.", erläutert Kriegs. Anders als gelegentlich dargestellt sind Hunde, Katzen und andere Raubtiere näher verwandt mit Huftieren, Walen, Fledermäusen und Insektenfressern wie dem Igel als mit den Primaten und damit dem Menschen. Früh auf einem eigenen Ast abgespalten sind afrikanische Säuger wie Elefanten und Seekühe. Die erste Abspaltung der Säugetiere stellen südamerikanische Säuger wie Ameisenbär, Faul- und Gürteltiere dar. Ihre Linie trennte sich vor etwa 90 bis 100 Millionen Jahren von den Vorfahren der anderen Säugetiere.

Brigitte Nussbaum | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenster.de/
http://zmbe2.uni-muenster.de/expath/frames.htm

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