Wal und Co: Verhängnisvoller Genverlust?

Fatale Entwicklung: Bei ihrem evolutionären Gang vom Land ins Wasser haben die Vorfahren von Wal, Robbe und Co die Funktion eines wichtigen Gens verloren. Das könnte ihnen nun zum Verhängnis werden. Denn anders als ihre landlebenden Verwandten können die Meeressäuger dadurch bestimmte neurotoxische Verbindungen aus Pflanzenschutzmitteln nicht abbauen, wie Forscher im Fachmagazin „Science“ berichten – eine mögliche Gesundheitsgefahr im Zeitalter des Menschen.

Die ersten Säugetiere der Erde waren Landbewohner. Doch vor rund 60 bis 25 Millionen Jahren eroberten einige von ihnen das Meer: Aus hundeähnlichen Wesen entwickelten sich Wale, aus landlebenden Rüsseltieren wurden Seekühe und aus bärenartigen Säugern gingen schließlich die Robben hervor. Der Übergang vom Land ins Meer erforderte eine umfangreiche Anpassung an den neuen Lebensraum.

Schritt für Schritt entwickelten die Ahnen der heutigen Meeressäuger dabei eine Reihe charakteristischer Eigenschaften. Sowohl Wale, als auch Seekühe und Robben verfügen beispielsweise über Flossen, die die Fortbewegung im Wasser erleichtern. Während bestimmte Fähigkeiten in der marinen Umgebung wichtiger wurden, verloren andere hingegen an Bedeutung. Aus diesem Grund sind einige Gene, die für landlebende Säugetiere wichtig sind, bei ihren Verwandten aus dem Meer inzwischen nicht mehr funktionsfähig.

Gen ohne Funktion

Einen solchen Funktionsverlust haben Forscher bisher unter anderem für manche Geruchs- und Geschmackssinn-Gene nachgewiesen. Wissenschaftler um Wynn Meyer von der University of Pittsburgh wollten nun herausfinden, ob womöglich noch weitere Erbgutabschnitte von diesem Phänomen betroffen sind. Dafür analysierten sie das Genom von fünf Meeressäuger-Arten und 53 landlebenden Mammalia-Spezies.

Der Blick in die Gene offenbarte eine Auffälligkeit: Bei Vertretern aller drei großen Meeressäuger-Gruppen hat ein ganz bestimmtes Gen keine Funktion mehr, das bei sämtlichen Landsäugern dagegen voll funktionsfähig ist – das Paraoxonase 1-Gen (PON1). Diese Erbanlage enthält die Bauanleitung für ein Enzym, das die Zellen vor stressbedingten Schäden schützt und unter anderem sogenannte Organophosphate abbauen kann.

Mögliche Gesundheitsgefahr

Das Problem: Organophosphate sind hochgiftige Verbindungen, die oft als Pflanzenschutzmittel in der Landwirtschaft verwendet werden. Pestizide wie Chlorpyrifos sollen das Nervensystem von schädlichen Insekten stören – doch sie hinterlassen ihre Spuren längst nicht nur auf dem Acker. Über Abwässer oder andere Wege können die Stoffe auch ins Meer gelangen und reichern sich dort zunehmend an.

Diese Belastung könnte für Meeressäuger zur Gesundheitsgefahr werden, wie die Wissenschaftler betonen. So bestätigten Laborexperimente, dass die Pestizide im Blut von Robben und Co nicht abgebaut werden. „Sie könnten demnach anfällig für Organophosphat-Vergiftungen sein und womöglich neurologische Schäden davontragen – es sei denn, sie haben einen anderen biologischen Mechanismus entwickelt, der sie vor solchen Folgen schützt“, sagt Meyers Kollege Nathan Clark.

Viele offene Fragen

Wie Meeressäuger tatsächlich auf die Neurotoxine im Wasser reagieren, wissen die Forscher bisher nicht. Ebenfalls unklar ist, warum das PON1-Gen im Laufe ihrer Evolution überhaupt seine Funktion eingebüßt hat. „Es ist schwierig zu sagen, ob es einfach nicht mehr notwendig war oder ob es die Tiere daran hinderte, sich an eine marine Lebensweise anzupassen“, konstatiert Meyer.

Ihr zufolge wäre beispielsweise denkbar, dass die Funktionsweise des Enzyms zu unerwünschten Reaktionen auf den extremen oxidativen Stress führt, der durch lange Tauchgänge und schnelles Auftauchen entsteht.

„Wenn wir herausfinden können, warum diese Arten kein funktionierendes PON1 besitzen, lernen wir womöglich auch mehr über die Funktion dieses Gens für die menschliche Gesundheit. Und wir entdecken hoffentlich Hinweise darauf, wie wir potenziell gefährdeten Meeressäugern helfen können“, schließt die Biologin. (Science, 2018; doi: 10.1126/science.aap7714)

(AAAS/ University of Pittsburgh, 10.08.2018 – DAL)