Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolutionsforscher müssen umdenken

20.08.2003


Die DNA-Analyse hat unser Bild vom Ablauf der Evolution entscheidend verändert. Botaniker der Universität Bonn haben nun zusammen mit US-Kollegen und Wissenschaftlern des Forschungsinstituts Senckenberg festgestellt, dass sich eine bestimmte Gruppe von Genomabschnitten hervorragend zur Stammbaumanalyse eignet. Bislang hatte man diese so genannten "nicht codierenden Bereiche" aufgrund ihrer großen Variabilität nur zum Vergleich nahe verwandter Arten herangezogen. Sie scheinen sich aber auch zur Aufklärung weit entfernter Verwandtschaftsbeziehungen zu eignen - sogar weit besser als die bislang herangezogenen Sequenzen. Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse im Journal of Evolutionary Biology (J. Evol. Biol. 16, 558-576, 2003) veröffentlicht.



Man stelle sich vor, die Biologen würden plötzlich verkünden, nicht die Schimpansen seien die nächsten Verwandten des Menschen, sondern Hund oder Esel. Alles schon passiert: Erst vor wenigen Jahren mussten nämlich die Botaniker ihre Vorstellung vom Ablauf der Evolution entscheidend revidieren. "Wir wissen mittlerweile", sagt der Bonner Wissenschaftler Dr. Thomas Borsch, "dass die bekannte Lotus-Blume nicht wie zuvor angenommen mit den Seerosen, sondern eher mit den Platanen verwandt ist, die man vom Straßenrand kennt."



Ergebnisse aus der Genetik haben unsere Vorstellungen über die Verwandtschaftsverhältnisse der Pflanzen umgekrempelt: Während Wissenschaftler die gesamte Flora früher anhand von einzelnen ausgewählten Merkmalen klassifizierten - also beispielsweise alle Pflanzen mit fünf Staubblättern und radiärsymmetrischer Blüte in eine Gruppe steckten -, liefert heute die Analyse der Erbsubstanz DNA verlässlichere Ergebnisse. Denn die verändert sich mit der Zeit: Von Generation zu Generation wird der DNA-Strang fein säuberlich kopiert und an die Nachkommen weitergegeben. Immer wieder kommt es dabei zu Fehlern: Die Buchstaben im Genalphabet werden falsch abgeschrieben, ganze DNA-Sequenzen verdoppeln sich oder gehen verloren. Je weniger sich daher die DNA zweier Arten ähnelt, desto mehr Zeit ist vergangen, seitdem sie sich aus einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben.

Manche Gene enthalten den Bauplan für lebenswichtige Proteine. Schon kleine Veränderungen können diese Zelleiweiße unbrauchbar machen; die Träger entsprechender Mutationen sterben. Derartige Gene verändern sich daher nur sehr langsam: sie werden durch den evolutiven Druck "konserviert". Konservierte Gene werden besonders gerne herangezogen, um weit entfernte Äste des Stammbaums miteinander zu vergleichen, die schon seit langer Zeit getrennt sind.

Doch in der DNA gibt es auch viele Bereiche, die funktionell weniger bedeutsam sind. Mutationen in diesen Abschnitten bleiben für den Organismus weitgehend ohne Konsequenzen; daher verändern sich diese Regionen auch sehr schnell. Traditionell zieht man sie deshalb für den Vergleich nahe verwandter Arten heran. Selbst die eigentlichen Bauanleitungen der Proteine werden immer wieder von derartigen Nonsens-Sequenzen unterbrochen. Bevor sich die Zellmaschinerie ans Werk macht und ein Protein zusammenbaut, kopiert sie daher die genetische Bauanleitung und schneidet aus dieser Kopie, der so genannten mRNA, die Nonsens-Sequenzen (die "Introns") heraus. Das funktioniert ähnlich wie beim Filmschnitt, bei dem der Regisseur die unwichtigen Szenen entfernt und die wichtigen in die passende Reihenfolge bringt.

Introns sind sehr variabel. Im Laufe der Evolution verlieren sie häufig DNA oder nehmen neues Erbmaterial auf, so dass sich ihre Länge drastisch ändern kann. Die Wissenschaft ging daher bislang davon aus, dass Introns aus Organismen, die sich bereits vor langer Zeit getrennt haben, nicht mehr im Detail zu vergleichen sind. Eine Fehleinschätzung, wie die neuen Daten zeigen: "Auch ein Intron kann nicht einfach wahllos mutieren; auch dort gibt es Bereiche, die zum Beispiel eine bestimmte Länge haben müssen, damit der Genschnitt funktioniert", erklärt Dr. Borsch. Grund: Damit die Introns aus dem mRNA-Faden entfernt werden können, müssen sie eine Schlaufe bilden. Das ganze funktioniert ähnlich wie bei einer Schnur, aus deren Mitte man etwas herausschneiden möchte: Man legt sie zur Schlaufe, schneidet sie ab und verknotet die Enden miteinander. Das können die Introns aber nur, wenn ihre Gensequenz es zulässt - wenn sie also nicht steif sind, wo sie eigentlich biegsam sein sollten, oder die falsche Länge haben, um eine ordentliche Schaufe bilden zu können.

Bestimmte Bereiche der Introns sind daher sehr wohl vergleichbar - selbst bei Arten, die sich in der Evolution schon vor langer Zeit getrennt haben. "Auch nicht-codierende Genomabschnitte können sich deshalb für die Stammbaumanalyse hervorragend eignen", freut sich Dr. Borsch. Und das sogar weit besser als die konservierten Genregionen, die Evolutionsforscher normalerweise zur Rekonstruktion der Verwandtschaftsverhältnisse heranziehen. "Schon mit einem Fünftel der Sequenzmenge erhalten wir genauso sichere Aussagen, wie sie bislang durch den Vergleich konservierter Gene gewonnen wurden." Unter dem evolutiven Druck leidet nämlich stets auch die Qualität der Information.

Für die Evolutionsbiologen bedeuten die Ergebnisse nicht nur weniger Aufwand, sondern auch ein Umdenken: "Bislang galten nicht codierende Sequenzen für die Analyse entfernter Verwandtschaftsbeziehungen als gänzlich ungeeignet. Nach unseren bisherigen Untersuchungen scheint das aber mit jedem Intron zu gehen."

Ansprechpartner:
Dr. Thomas Borsch
Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen an der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-2681
E-Mail: borsch@uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw

Weitere Berichte zu: DNA Evolution Evolutionsforscher Intron Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum
19.07.2018 | Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

nachricht Infrarotsensor als neue Methode für die Wirkstoffentwicklung
19.07.2018 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Europaweit erste Patientin mit neuem Hybridgerät zur Strahlentherapie behandelt

19.07.2018 | Medizintechnik

Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum

19.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Automatisiertes Befüllen von Regalen im Einzelhandel

19.07.2018 | Verkehr Logistik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics