In der Biologie laufen „große“ Dinge selten auch wieder rückwärts. Oder doch?

In der Entwicklungsbiologie eher nicht: Schon mit der Befruchtung der Eizelle wird ein Programm angeworfen, das keinen Weg zurück zulässt. Und so geht es weiter in der Entwicklung. Zu spezifischen Zeiten wird hier und dort Programm auf Programm angeworfen, mit dem ein Point of no Return nach dem anderen überschritten wird – Rückkehr in aller Regel unmöglich. Inklusive Alterung und Tod.

Oder nehmen wir den Fluss der genetischen Information, die Francis Crick seinerzeit in seinem berühmten und oft missverstandenen „Genetischen Dogma“ festgehalten hat: Diese fließt in aller Regel von der DNA über RNA zum Protein – und von dort niemals wieder zurück zur RNA oder DNA.

Ja, ja – schon klar: Manchmal fließt die genetische Information nur bis zur RNA und nicht mehr weiter zum Protein. Und von der RNA können die Reversen Transkriptasen so mancher Viren diese Information auch wieder in DNA zurückschreiben. Aber: Die können es zwar in die andere Richtung, aber auch nur in die – und nicht wieder zurück.

Interessanter wird es da schon bei biochemischen Vorgängen. Schließlich lernt man ja gerade für Enzyme, dass diese grundsätzlich sowohl die Hin- als auch die Rückreaktion katalysieren können. Dennoch ist das so gut wie nie realisiert – zumindest innerhalb eines Systems. Oder hat schon mal jemand den Calvin-Zyklus andersherum laufen gesehen? Oder den Citrat-Zyklus?

Schon wieder Einspruch? Okay, zugegeben: In Münster haben Mikro­bio­logen gera­de anaerobe Bakterien identifiziert, die anorganischen Kohlenstoff durch einen reduktiven Citrat-Zyklus fixieren – weshalb die Citratsynthase hier rückwärts funktioniert und Citrat spaltet, statt es aufzubauen (Science 359: 563-67). Doch auch hier gilt: Aus der Perspektive der Bakterien ist das vorwärts – und rückwärts in die andere, uns besser bekannte Richtung arbeitet die Citratsynthase dieser Bakterien dann nicht.

Dennoch gibt es in den Zellen natürlich Prozesse, die rückgängig gemacht werden können. Logisch, sonst könnten sie diese ja nur an-, aber nicht wieder abschalten. Nehmen wir nur den generellen Protein-Turnover. Allerdings: Auch hier laufen nicht einfach die Aminosäuren-verknüpfenden Teile der Ribosomen rückwärts, sondern es gibt mit dem Ubiquitin-Proteasom-System wiederum eine ganz eigene „Maschine“ für den Proteinabbau.

Gleiches gilt ebenso für das An- und Abschalten gewisser Enzyme durch simples Anhängen und Wiederabspalten von Phosphatgruppen: Für beide Vorgänge gibt es mit den Kinasen und Phos­phatasen jeweils klar verschiedene Enzymklassen. Die eine arbeitet also nur vorwärts, die andere nur rückwärts – obwohl nach dem Hin-und-Rückreaktions-Prinzip der Enzyme beide beides können sollten. Warum die Zelle dennoch beide für jeweils nur eine Richtung rekrutiert, dürfte klar sein: Der Phosphorylierungs- und damit der Aktivierungszustand der betreffenden Enzyme lässt sich auf diese Weise viel besser regulieren.

Verlassen wir jetzt Zellen und Organismen und kommen zum Schluss zu einer biologischen Betrachtungsebene, auf der es anscheinend doch mehr Vorwärts-und-wieder-zurück gibt, als man vermuten würde: Evolution und Artbildung. Wenn sich vor längerer Zeit eine Art endgültig in zwei neue Spezies aufgespalten hat, dann gibt es keinen Weg mehr zurück zur Ursprungsart – sollte man meinen. Doch genau dies passiert offenbar immer wieder und wird Speziationsumkehr (speciation reversal) genannt. Jüngstes Beispiel: Zwei Rabenspezies, die sich vor knapp zwei Millionen Jahren aus einer Kolkraben-Population auseinanderspalteten, hybridisieren seit einigen tausend Jahren wieder zurück zu Kolkraben (Nature Comm. 9: 906).