Unser nächster Wurm-Verwandter

Ungewöhnliche Verwandtschaft: Wir Menschen haben rund 70 Prozent unserer Gene mit einem am Meeresboden lebenden Wurm gemeinsam. Diese Verwandtschaft geht auf einen Vorfahren vor über einer halben Milliarde Jahren zurück, wie Wissenschaftler durch genetische Vergleiche herausgefunden haben. Die mit unseren wurmartigen Verwandten geteilten Gene liefern Hinweise über unsere eigene Evolution, zum Beispiel über die Entstehung unseres Rachens und der Schilddrüse, schreiben die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Vor rund 550 Millionen Jahren machte das Leben auf der Erde einen großen Sprung: Während der sogenannten kambrischen Explosion nahm die Artenvielfalt im Tierreich geradezu schlagartig zu. Die dabei entstandenen Tierarten zeigten völlig neue Körper-Baupläne und waren komplexer als je zuvor. In diese Zeit fallen die Ursprünge der sogenannten Deuterostomier oder Neumünder. Zu dieser weitgefassten Gruppe von Tieren gehören heute so verschiedene Arten wie Seesterne, Frösche und auch der Mensch.

Wurm-Erbgut füllt Wissenslücke

Wissenschaftler um Oleg Simakov vom Okinawa Institute of Science and Technology haben nach Informationen über den gemeinsamen Vorfahren aller Deuterostomier geforscht. Über Gemeinsamkeiten im Erbgut der heute so unterschiedlichen Tiere lassen sich Rückschlüsse auf diesen Millionen Jahre alten gemeinsamen.

Simakov und Kollegen konzentrierten sich auf zwei Arten von Eichelwürmern. Diese Meerestiere leben am Ozeanboden und filtern Nahrung aus dem Wasser. Die von den Forschern untersuchten Würmer stammen aus dem Pazifik vor Hawaii und aus dem Atlantischen Ozean. „Ihre Erbinformation ist nötig, um unsere Wissenslücke über die vorhandenen Gene beim gemeinsamen Vorfahren aller Deuterostomier zu füllen“, sagt Erstautor Simakov.

Jungtier des Eichelwurms Saccoglossus kowalevskii © Andrew Gillis

14.000 gemeinsame Gene

Wie sehr die Eichelwürmer mit uns Menschen, und auch mit allen anderen Deuterostomiern verwandt sind, zeigte ein Vergleich ihres Erbgutes mit dem von 32 anderen, sehr verschiedenen Tierarten. Die Forscher fanden rund 8.600 Genfamilien mit insgesamt mindestens 14.000 Genen, die über die gesamte Gruppe der Neumünder homolog auftreten. Das heißt, sie existierten höchstwahrscheinlich auch bereits bei dem gemeinsamen Vorfahren. Die Menge der gefundenen Gene entspricht rund 70 Prozent des menschlichen Genoms.

Auffällig ist, dass viele dieser über eine halbe Milliarde Jahre erhaltenen gemeinsamen Gene Gruppen bilden, sogenannte Gencluster. Das deutet darauf hin, dass diese Gene eine zusammengehörige Einheit bilden. Ein solcher Gencluster ist verantwortlich für den Bereich des Pharynx: Beim Menschen entspricht dies dem Rachen, also dem Übergang von Mund und Nase zur Speiseröhre, wo auch die Schilddrüse liegt. Insekten oder Regenwürmer, die nicht zu den Deuterostomiern gehören, haben keinerlei ausgeprägten Rachenbereich.

Vom Filtrieren zur Schilddrüse?

Bei den Eichelwürmern befindet sich hier ein Körperteil, der eine große Neuerung der Evolution darstellt: Die Würmer filtern mit schlitzartigen Öffnungen in diesem Bereich Nahrung aus dem Wasser. Diese Schlitze sind entfernt mit den Kiemen der Fische verwandt.

Da sich diese Gengruppen über aller Deuterostomier hinweg so stark ähneln, vermuten die Wissenschaftler einen Zusammenhang zwischen der Funktion der heutigen Schilddrüse und dem Filtriermechanismus der Eichelwürmer. „Unsere Untersuchung des Eichelwurm-Erbgutes liefert einen kleinen Blick auf die Komplexität unseres kambrischen Vorfahren“, sagt Simakov, „und sie stützt die Verbindung zwischen der Entwicklung des Rachens und der filtrierenden Ernährungsweise, die schließlich auch zu unserer eigenen Evolution beigetragen hat.“ (Nature, 2015; doi: 10.1038/nature16150)

(Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) Graduate University, 23.11.2015 – AKR)