Zufällig gespart

Archiv: Schöne Biologie

Ralf Neumann


Rauschen

Die Evolution spart, wo sie kann. Nicht wirklich gezielt – es passiert ihr vielmehr einfach.

Nehmen wir etwa den Fall, dass aufgrund einer Veränderung des Lebensraums ein bestimmter Stoffwechselweg keine Substrate mehr zugeführt bekommt. Und nehmen wir dazu an, dass der betreffende Organismus diesen Stoffwechselweg gar nicht vermisst, weil er den entsprechenden Produktbedarf auch problemlos über andere Pfade befriedigen kann. Was passiert dann wohl im Laufe der nächsten zig Generationen mit den Genen für die Enzyme des nun arbeitslosen Stoffwechselwegs?

Sagen wir, im gesamten Stoffwechselweg arbeiten fünf Enzyme. Die fünf zugehörigen Gene fangen sich – wie alle anderen auch – im ganz normalen Rhythmus weiter Zufallsmutationen ein. Nur filtert die Selektion jetzt potentiell schädliche Mutationen nicht mehr aus der Population heraus, weil diese auf dem arbeitslosen Stoffwechselweg ja keinen Schaden mehr anrichten. Also akkumulieren munter praktisch neutrale Mutationen in den fünf Genen. Mit der Konsequenz, dass der Stoffwechselweg schon bald gar nicht mehr funktionieren kann – selbst wenn plötzlich wieder Substrat zur Verfügung stehen würde.

Was passiert aber weiter mit den fünf Genen? Dazu gibt es jetzt eine ganze Reihe potentieller Szenarien:

  • Die fünf Gene mutieren zuerst zu Pseudogenen – und immer weiter, bis sie irgendwann spurlos im „Sequenzrauschen“ verschwinden.
  • „Unschädliche“ Deletionen beseitigen ein oder mehrere der fünf Gene komplett aus dem Genom.
  • Für eines oder mehrere der fünf Gene erzeugen die Mutationen „zufällig“ eine völlig neue Funktion, so dass der Organismus die modifizierten Genprodukte schließlich gewinnbringend in komplett anderem Kontext einsetzt. (Für die übrigen „Stoffwechselkollegen“ geht‘s hingegen weiter, wie in den ersten beiden Szenarien beschrieben.)

Mit jedem dieser drei Szenarien überschreitet der Organismus zugleich einen „Point of no Return“: der „alte“ Stoffwechselweg kann nun endgültig nicht mehr aus den ursprünglichen Elementen wiederhergestellt werden.

Letzteres wiederum gilt explizit nicht für das nächste Szenario:

  • Die fünf Gene entschlummern zunächst nach Szenario 1 zu Pseudogenen und immer weiter – bis nach Zigtausenden von Jahren eine Serie „richtiger“ Zufallsmutationen den alten Stoffwechselweg plötzlich zum Vorteil des Organismus wiederbelebt. Analog etwa zur Wiederauferstehung der Flügelbildung bei gewissen Stabinsekten, deren Vorfahren Jahrtausende zuvor ihre Flügel abgeworfen hatten.

Das gleiche Szenario funktioniert übrigens auch durch Neu-Rekrutierung eines bislang fremden Elements in den „alten“ Stoffwechselweg. Also genau auf die Art, wie Kolibris wieder „Süßschmecken“ gelernt haben. Die Urahnen der körner- und fleischfressenden Vögel brauchten keinen Süßrezeptor mehr und schmissen das entsprechende Gen irgendwann irreversibel aus ihrem Genom. Später kamen die Vorfahren der Kolibris allerdings wieder auf den Geschmack – und koppelten ihrerseits den Umami-Geschmacksrezeptor mit wenigen Mutationen zusätzlich und parallel an den „Süß“-Signalweg (Science 345: 929-33).

Viele Szenarien, letztlich mit gleichem Effekt: der Organismus spart sich – wenigstens vorübergehend, oft aber auch komplett – die Energie für die Instandhaltung nutzlos gewordener Strukturen und Werkzeuge.

Wenn das mal kein Vorteil ist.



Letzte Änderungen: 02.10.2014


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