Wie Schlangen ihre Beine verloren

Folgenreiche Mutation: Forscher haben herausgefunden, warum Schlangen keine Beine mehr haben. Sie tragen drei Mutationen im Erbgut, die einen entscheidenden Genschalter für die Beinentwicklung blockieren. Schlangen besitzen dadurch zwar noch die komplette Maschinerie für die Beinbildung, sie wird beim Schlangenembryo aber nicht oder nur ganz kurz in Gang gesetzt, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Current Biology“ berichten.

Schlangen sind ein ziemlich erfolgreiches Modell der Evolution: Sie kommen auf fast allen Kontinenten vor, nutzen raffinierte Jagdstrategien, um ihre Beute zu fangen und können schwimmen, auf Bäume klettern und sogar fliegen – jedenfalls fast. Eines aber können Schlangen nicht: laufen. Denn ihnen fehlten schlicht die Beine dafür.

Rätselhafter Beinverlust

Aber warum eigentlich? Noch vor knapp 150 Millionen Jahren spazierten die Vorfahren von Kobra, Python und Co noch auf vier wohlgebildeten Beinen durch die Gegend. Dann jedoch setzte eine seltsame Rückbildung ein: Erst schrumpften die Beine bei einigen Urzeit-Schlangen, dann verschwanden sie bis auf Stummel ganz.

Francisca Leal und Martin Cohn von der University of Florida in Gainesville haben nun die Ursache für diesen Beinverlust der Urschlangen entdeckt. Für ihre Studie hatten sie die Genetik und Entwicklung von embryonalen Pythons untersucht – einer Schlangenart, die im Körperinneren noch kleine Reste der früheren Beinknochen trägt.

Nur ein kurzes Aufflackern

Dabei zeigte sich: Der genetische Schaltkreis, der normalerweise beim Embryo die Beinentwicklung vorantreibt, ist bei den Schlangen fehlerhaft. Bei den junge Pythons springt das genetische Programm daher nur kurz an, fällt aber schnell wieder aus. Dadurch entstehen bei diesen Schlangen nur die Knospen ihrer Hinterbeine.

Skelett einer Gabunviper (Bitis gabonica) – von Beinen keine Spur © Stefan3345/ CC-by-sa 4.0

Bei anderen Schlangen wie den Kobras und Vipern ist das genetische Programm für die Beinentwicklung noch stärker gestört. Bei ihnen wird die Bildung der Gliedmaßen selbst im Embryo nicht mehr angeschaltet, wie die Forscher feststellten. Dadurch besitzen diese Schlangen nicht einmal mehr die Beinknospen.

Drei Mutationen im Genschalter

Die Ursache für diesen folgenreichen Defekt liegt dabei in nur einem Gen, dem sogenannte Sonic Hedgehog-Gen. Wird dieses aktiv, stößt es die gesamte Kaskade der Gliedmaßen-Bildung an – bei allen Säugetieren. Bei den Schlangen jedoch haben sich drei Mutationen in einer entscheidenden Schalterregion dieses Gens entwickelt, wie Leal und Cohn herausfanden. Dadurch kann das Gen kaum oder gar nicht mehr abgelesen werden.

Das bedeutet: Schlangen besitzen noch heute das gesamte genetische Instrumentarium, das sie für die Bildung von Beinen bräuchten. Sie haben es über Millionen von Jahren hinweg erhalten. Durch die Mutationen im Genschalter ist das Programm jedoch bei ihnen blockiert. Aus ihren Genanalysen schließen die Forscher, dass diese Mutationen vor rund 100 Millionen Jahren entstanden sein müssen.

„Die überraschende Konservierung dieses Genprogramms und seine spezifische Modifikation im Schlangengenom sind ein klares Indiz für ihren Ursprung: Schlangen haben sich eindeutig aus Vorfahren mit Beinen entwickelt“, sagt Leal. „Ihr Erbgut belegt dies.“ (Current Biology, 2016; doi: 10.1016/j.cub.2016.09.020)

(University of Florida, 24.10.2016 – NPO)