Die Entschlüsselung balancierter letaler Systeme
Balancierte letale Systeme sind evolutionäre Rätsel. Diese ungewöhnliche genetische Konstellation bedeutet, dass ein Organismus zwei Versionen eines Chromosoms – A und B – benötigt, um zu überleben. Nur Lebewesen, die beide Versionen besitzen, sind überlebensfähig, während Nachkommen, die zufällig zwei Kopien derselben Version erben, sterben. „Diese Erbkrankheit führt zu einem massiven Sterben“, erklärt Ben Wielstra(öffnet in neuem Fenster), Evolutionsbiologe an der Universität Leiden(öffnet in neuem Fenster) und am Naturalis Biodiversity Center in den Niederlanden. „Es erscheint kontraintuitiv, dass sich eine derart maladaptive Situation jemals entwickeln könnte.“ Dennoch existieren sowohl in Tieren als auch in Pflanzen balancierte letale Systeme. Warum sollten sie sich entwickeln? Das vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) geförderte Projekt BALANCED LETHALS suchte nach einer Antwort auf dieses evolutionäre Rätsel. Wielstra und sein Team untersuchten das balancierte letale System bei Triturus, einer Gattung von Molchen.
Vom Super-Gen zum Blooper-Gen
Die beiden unterschiedlichen Chromosomenvarianten in einem balancierten letalen System sind „Super-Gene“, da sie so vererbt werden, als wären sie ein einziges Gen. „Ein balanciertes letales System ist per Definition mit enormen Reproduktionskosten verbunden“, fügt Wielstra hinzu. „Daher haben wir den ironischen Begriff „Blooper-Gen“ geprägt, um das Super-Gen zu bezeichnen, das das balancierte Letalsystem steuert.“ Um diese Blooper-Gene zu untersuchen, hat das Team erstmals das umfangreiche und komplexe Genom des Molchs untersucht. Mithilfe evolutionärer Modellierung wurde ein Szenario entwickelt, in dem das System entstanden sein könnte, und die genomische Architektur wurde detailliert beschrieben. „Dies ist das erste Mal, dass die Entstehung eines balancierten letalen Systems erforscht wurde“, erklärt Wielstra.
Warum die natürliche Auslese möglicherweise nicht unser Freund ist
Die Ergebnisse von BALANCED LETHALS zeigten, dass im Vergleich zum ursprünglichen Zustand den Versionen A und B jeweils ein einzigartiger großer DNA-Abschnitt fehlt, der viele Gene umfasst, während dieser fehlende Abschnitt in der anderen Version dupliziert ist. Folglich müssen beide Versionen über einen vollständigen Satz von Genen verfügen, was erklärt, warum alle Erwachsenen beide Versionen besitzen. Individuen, die eine der beiden Varianten zweimal erhalten, sterben im Ei. Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass das ursprüngliche Chromosom vollständig in den Vorfahren des Triturus aus einer evolutionären Linie übertragen worden sein muss, die nicht eng verwandt war, bevor es sich in die A- und B-Version aufspaltete. „Der Verlust des Chromosoms der Vorfahren muss zwar ein seltsamer Zufall gewesen sein, doch das balancierte letale System ist äußerst stabil, sobald es einmal fixiert ist“, erklärt Wielstra. Während natürliche Selektion normalerweise mit den vielen raffinierten Anpassungen in der Natur in Verbindung gebracht wird, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass dies möglicherweise nicht immer der Fall ist. „BALANCED LETHALS verdeutlicht, dass die Evolution durch natürliche Selektion sich nicht um uns schert – sich nicht um uns scheren kann“, bemerkt Wielstra.
Evolution mit einer tödlichen Wendung
Das Team nutzte das balancierte letale System, um der Öffentlichkeit die Grundprinzipien der natürlichen Selektion näherzubringen. Dazu gehörten die Veröffentlichung mehrerer viel beachteter Fachartikel und die Leitung eines speziellen Praxislabors an der Universität Leiden. Die Forschenden erstellen derzeit ein Triturus-Genom – angesichts der enormen Größe keine leichte Aufgabe – und untersuchen die Genexpression, um die für den Tod verantwortlichen Gene zu identifizieren. „Das nächste große Forschungsprojekt, das ich in Angriff nehmen möchte, wird sich mit der Funktionsweise des balancierten letalen Systems befassen – also damit, wie es tötet“, erklärt Wielstra. „Das wird wirklich aufregend.“
