Menschen und Affen haben die meisten Gene gemeinsam – und doch unterscheiden sie sich in entscheidender Weise. Auf der Suche nach dem Ursprung dieser Unterschiede sind Wissenschaftler jetzt auf einen scheinbar paradoxen Mechanismus gestoßen: Denn ein Genverlust hat mit zum Entwicklungsschub beigetragen – weniger war in diesem Fall offenbar mehr.
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Unter Evolutionsforschern kursieren drei Szenarien für die Abtrennung des Menschen vom Affen: Zum einen könnte der Mensch eine Reihe völlig neuer Gene entwickelt haben, die Affen nicht besitzen. Zum anderen könnten ein paar unserer Gene einfach eine andere Funktion übernommen haben. Eine dritte Möglichkeit aber wäre, dass der Mensch ein paar Gene verloren hat und erst diese Verluste neue Chancen für Veränderungen eröffneten.
Jianzhi Zhang, Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie von der Universität von Michigan und seine Mitarbeiter sind dieser dritten Hypothese des „weniger ist mehr“ nachgegangen. Bisher gab es keine konkreten Beweise dafür, dass der Verlust bestimmter Gene auch einen Vorteil darstellen kann. „Daher wollten wir wissen, wie viele Gene im Laufe der menschlichen Evolution verloren gegangen sind und welche das sind“, erklärt Zhang. „Und auch, ob einer dieser Genverluste einen nachweisbaren Vorteil dargestellt haben könnte.“
Pseudogene im Visier
Die Wissenschaftler begannen ihre Suche in einer Datenbank für menschliche Pseudogene – Regionen der DNA, die zwar wie Gene aussehen, aber keine Funktion innehaben. Sie sonderten alle eindeutig bei allen Organismen funktionslosen Pseudogene aus und engten so das Analysefeld ein auf diejenigen menschlichen Pseudogene, die bei Schimpansen ein echtes Gen als Gegenpart besaßen und sich nur durch Mutationen an einigen Stellen vom funktionierenden menschlichen Gen unterschieden.
Nach dieser Aussonderung blieben noch 67 menschenspezifische Pseudogene übrig, zu denen die Forscher noch 13 hinzunahmen, die zwar in der Fachliteratur erwähnt waren, aber nicht in der Datenbank eingetragen. Diese 80 Gensequenzen verglichen Zhang und seine Kollegen mit einer weiteren Datenbank, in der die Funktionen der menschlichen Gene aufgelistet sind, die bisher entschlüsselt worden sind.
Defizite beim Riechen und Schmecken
Und genau hier wurde es interessant: Denn es zeigte sich, dass unter den Pseudogenen unverhältnismäßig viele vertreten waren, die mit der Funktion des Riechens und des Schmeckens von Bitterstoffen zu tun hatten. Auch Gene für die Immunabwehr waren überrepräsentiert. Für Zhang nicht sehr verwunderlich: „Wir wissen, dass die olfaktorische Sensibilität des Menschen reduziert ist, daher sind diese Ergebnisse konsistent. Die Fähigkeit, Bitterstoffe zu schmecken ist wichtig, um Gifte im Essen zu entdecken und die meisten dieser Gifte stammen aus Pflanzen“, so Zhang. „Vor rund einer bis zwei Millionen Jahren begannen wir, mehr Fleisch anstatt nur Pflanzen zu essen und nutzten das Feuer, das viele Toxine unschädlich macht.“
Auch der Verlust von Genen für das Immunsystem kam für die Forscher nicht unerwartet: „Die Gene des Immunsystems reagieren auf Pathogene, die sich schnell verändern, daher verändern sich auch die Gene schnell“, so der Forscher. „Wenn das Pathogen weg ist, braucht der Wirt auch das betreffende Gen nicht mehr.“
Pseudogen im Vorteil
Aber brachte dieser Verlust unnötiger Gene dem frühen Menschen auch eindeutige Vorteile? Um das herauszufinden konzentrierten sich die Wissenschaftler auf ein bestimmtes menschliches Pseudogen, CASPASE12. Arbeiten anderer Forscher hatten bereits gezeigt, dass dieses Gen in Nicht-Afrikanern seine Funktion komplett verloren hat und damit zum Pseudogen geworden ist. Ein geringer Prozentsatz von Afrikanern und schwarzen Amerikanern hat jedoch eine funktionieren Genkopie behalten. Nicht zu ihrem Vorteil: Denn Menschen mit dem Pseudogen können einer Blutvergiftung offenbar besser widerstehen als Menschen mit dem funktionierendem Gen.
„Das ist ein weiteres Indiz dafür, dass der Verlust des Gens gut für das Individuum sein kann, aber es zeigt noch nicht, dass das Gen auch genau deshalb zum Pseudogen wurde“, so Zhang. Doch mithilfe von populationsgenetischen Methoden konnten die Wissenschaftler jetzt genau dies belegen: Sie bestimmten zunächst, wann der Genverlust stattfand – irgendwann vor 51.000 bis 74.000 Jahren – also kurz vor der Zeit vor 40.000 bis 60.000 Jahren, als die Menschen begannen Afrika zu verlassen.
Verlust verbesserte Immunantwort
Aber warum verloren die meisten Menschen damals ein Gen, das für alle anderen Säugetiere als existenziell gilt? Nach Ansicht von Zhang hängt dies mit der genauen Funktion der CASPASE12 zusammen: Es dient normalerweise dazu, die Immunreaktion im Zaum zu halten und zu verhindern, dass sie „überschießt“.
„Es ist eine delikate Balance – die Reaktion darf weder zu stark noch zu schwach sein“, erklärt der Forscher. „Doch während der menschlichen Evolution, entweder wegen einer Umweltveränderung oder anderer Änderungen im menschlichen Genom, war diese Balance gestört. Jetzt machte der Besitz dieses Gens die Immunantwort zu langsam und behinderten den Kampf gegen Infektionen.“ Wurde das bremsende Gen jedoch deaktiviert, wurde die Immunreaktion wieder normal und damit auch die Fähigkeit, gegen Infektionen anzukämpfen – ein entscheidender Überlebensvorteil und damit genau der Vorteil, den die Forscher für einen Genverlust nachweisen wollten.
(University of Michigan, 14.02.2006 – NPO)
