Genetische Anpassung an die Umwelt

Genetische Anpassung an die Umwelt

Neuer Sonderforschungsbereich gestartet

Welche Gene und welche molekularen Prozesse dazu führen, dass sich Lebewesen besser an die Umwelt anpassen als andere, ist Gegenstand des Sonderforschungsbereichs „Die molekularen Grundlagen evolutionärer Innovationen“, der zu Jahresbeginn am Institut für Genetik der Universität zu Köln gestartet ist. Im Laufe der Evolution ist eine grosse Anzahl von Spezies mit spezifischen Umwelt Adaptationen entstanden. Den allgemeinen Mechanismus dazu hat bereits Darwin vor ca. 150 Jahren vorgeschlagen, nämlich natürliche Selektion von genetischen Varianten. Dieser generelle Mechanismus ist in der Wissenschaft unstrittig. Andererseits gibt es aber, trotz der enormen Fortschritte in der molekularen Biologie und Genomforschung, immer noch eine nur ungenaue Vorstellung davon, welche Gene und welche molekularen Prozesse tatsächlich dazu führen, dass eine genetische Variante besser an die Umwelt angepasst ist als eine andere.

Der neue Sonderforschungsbereich hat sich zum Ziel gesetzt, diese Frage systematisch anzugehen. Dabei werden zwei grundsätzliche Teilfragen verfolgt. Zum einen wird der Mechanismus grundlegender grosser evolutionärer Veränderungen (Stichwort: Makroevolution) untersucht, z.B. wie es zur Entstehung der Blütenpflanzen kam, oder wie sich grundsätzliche Mechanismen der Embryogenese oder sexuellen Reproduktion verändern können. Zum anderen sollen aber auch die evolutionären Prozesse innerhalb von Populationen bzw. während der Speziation verstanden werden (Stichwort: Mikroevolution). Hier wird letztlich die Frage gestellt, warum Individuen unterschiedlich sind und unterschiedlich auf Umweltbedingungen reagieren. Denn nur wenn es genetische Unterschiede gibt, kann auch Darwinsche Evolution stattfinden.

Im Sonderforschungsbereich werden modernste Methoden der Entwicklungsbiologie mit funktioneller Genomforschung kombiniert. Ein ganz besonderer Schwerpunkt ist zudem die Weiterentwicklung der Evolutionstheorie im Rahmen einer engen Zusammenarbeit zwischen Biologie und theoretischer Physik. Gerade für evolutionäre Fragestellungen zeigt sich, dass die Methoden und Konzepte der statistischen Vielteilchen-Physik oft auch auf biologische Zusammenhänge anwendbar sind. Dies gilt insbesondere für grosse Datensätze, wie sie die Genomforschung bereit stellt. Dementsprechend liefert das Kölner Zentrum für Genomforschung einen essentiellen Beitrag für den Sonderforschungsbereich. Die Kombination aus Biologie, Genomforschung und theoretischer Physik hat auch ein besonders grosses Potential für die sich stürmisch entwickelnde Disziplin der „Systembiologie“, die sich zum Ziel gesetzt hat, die dynamischen molekularen Prozesse in Zellen und Organismen zu verstehen. In diesem Zusammenhang hinterfragt der Sonderforschungsbereich adaptive Selektionsprozesse und richtet sich dabei nach dem berühmten Postulat von Dobzhansky: „Nichts in der Biologie macht Sinn, es sei denn im Licht der Evolution“.

Verantwortlich: Dr. Wolfgang Mathias