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Alt 04.07.2009, 23:12   #1
Zeitungsjunge
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RSS-Feed Lindau-Vortrag: Werner Arber und die molekulare Evolution

Unter bestimmten Bedingungen kann die Mutationsrate in Mikroorganismen auf einen Wert ansteigen, der mit genetischer Drift nicht mehr zu erklären ist. Verantwortlich für diesen Effekt sind Gensegmente wie die Mutator-Allele, die die Wahrscheinlichkeit für Mutationen deutlich erhöhen. Genau solche Teile des Erbguts waren das Thema von Werner Arbers Lindau-Vorlesung. Der Medizin-Nobelpreisträger sieht in ihnen eine besondere Klasse von Genen, die nicht die Fitness von Individuen steuern, sondern Stabilität und Veränderung des Genoms selbst beeinflussen.

Er sieht im Genom einen Dualismus am Werk: Neben den klassischen Genen, die dem Individuum einen direkten Selektionsvorteil verleihen, enthält das Genom ihm zufolge zusätzlich Evolutionsgene, die sich auf die Geschwindigkeit auswirken, mit der sich Genome über mehrere Generationen wandeln. Nach Arber unterliegen diese Funktionen selbst einer übergeordneten Selektion zweiter Ordnung. Diese These hat mich interessiert, und da der Vortrag selbst in der Hinsicht nicht viel spannendes erbrachte (eine Zusammenfassung bekommt man bei PZ Myers), habe ich ein bisschen in der Literatur gestöbert.



Die Idee selbst ist ziemlich interessant, die Frage ist allerdings, welche Belege Arber dafür hat, dass es sich tatsächlich um einen echten Mechanismus handelt und nicht um gelegentlich auftretende Kuriositäten oder dergleichen. Skepsis ist angebracht, denn die klassische Selektion bietet zuerst einmal keinen Mechanismus, mit dem sich Gene durchsetzen, die nicht dem Idividuum, sondern bestenfalls seinen Ur-ur-urenkeln zugute kommen.

Das Problem ist, dass die meisten Mutationen schädlich sind und deswegen Individuen mit geringen Mutationsraten von der Selektion bevorzugt werden. Die erwähnten Mutator-Allele, die Mutationen begünstigen, sind deswegen unter normalen Umständen auch sehr selten. Trotzdem können sie laut theoretischer Modelle erhebliche Fitnessvorteile bewirken.

Manchmal setzen sich diese Gene auch in ganzen Populationen durch, indem sie eine vorteilhafte Mutation auslösen und anschließend gemeinsam mit dieser positiven Eigenschaft selektiert werden. Sie fahren quasi per Anhalter. Haben sie sich in der Population etabliert, was man als "Fixierung" bezeichnet, erhöhen sie die allgemeine Mutationsrate erheblich, und verschaffen der Art unter Umständen (zum Beispiel Mangelbedingungen) einen erheblichen Fitnessvorteil.

Diese Form der Selektion, die die Anpassungsfähigkeit ganzer Arten beeinflusst, ist bei Bakterien gut beschrieben. Die Lebensspanne von Mikroorganismen bewegt sich oft in ähnlichen Dimensionen wie die Veränderungen ihrer Lebensräume. Bei ihnen lohnt es sich offenbar, ein gewisses Maß an genomischer Flexibilität zuzulassen. So weit, so gut. Aber da geht es bei Arber erst los.

Wie der Nobelpreisträger in seinem Vortrag ja auch mehrmals betonte: Mutationen sind keine Fehler, sondern erhöhen die langfristige Fitness der Arten. Er meint sogar, mit dieser Erkenntnis müssten die Lehrbücher der Evolutionsbiologie umgeschrieben werden; entweder war das Rhetorik oder seine Lehrbücher sind schon ziemlich alt. Ich habe diese Sichtweise im Studium jedenfalls auch schon gelernt.

Arber will jedenfalls, in seinen eigenen Worten, verstehen, wie die Evolution auf molekularer Ebene funktioniert, und eine wesentliche Rolle kommt dabei seinen "Evolutionsgenen" zu, die er seit 1993 in diversen Publikationen beschrieben hat.

Es ist gar nicht mal schwierig, seinen Gedanken zu folgen, aber ich habe ein bisschen den Eindruck, dass seine Thesen kaum mehr sind als eine eigenwillige Interpretation von lange bekannten Fakten. Als Beispiel für Gene, die Mutationshäufigkeiten beeinflussen, zieht er so bekannte Elemente wie DNA-Ligasen, Topoisomerasen oder Reparaturenzyme heran. Dass diese Elemente natürlich auch einen Einfluss auf die Mutationshäufigkeit haben, ist unbestritten, und auch, dass das eine wichtige Rolle bei der Evolution spielt.

Zwischen genomischer Diversität und Biodiversität besteht ein Zusammenhang, an dem die von Arber angesprochenen Prozesse maßgeblich beteiligt sind. Doch die eigentliche Funktion dieser Elemente ist vielmehr, die Funktionstüchtigkeit des Erbgutes sicherzustellen. Diesen Funktionen darüber hinaus eine aktive Steuerungsfunktion bei der Genomveränderung zuzusprechen, die selbst einer höheren Form von Selektion unterliegt, das ist schon eine ziemlich steile These.

Ich persönlich bin insgesamt noch nicht überzeugt, zumal Arber in seinem Vortrag dann noch postuliert, dass seine Evolutionsgene als Erklärung für die angebliche Tendenz zu mehr Komplexität, die Biologen immer mal wieder gefunden haben wollen. Dass ich von dieser Idee allgemein nicht so wahnsinnig viel halte, hatte ich ja schon mal geschrieben. Insgesamt lassen Arbers Ideen zur molekularen Evolution jedenfalls weit mehr Fragen offen, als sie beantworten.

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