Rätselhafter Fisch: Forscher entschlüsseln Quastenflosser-Genom

Von Johann Grolle

Quastenflosser-Genom entziffert: Urtümlicher Schwimmer Fotos
AFP

Der Quastenflosser schwamm schon vor Millionen Jahren durch die Meere. Jetzt hat ein internationales Forscherteam das Erbgut des Fischs analysiert. Die Arbeit ermöglicht wichtige Rückschlüsse auf die Entwicklung der Landtiere.

Der Quastenflosser ist ein erstaunliches Tier: Er ist Weltrekordler im Energiesparen; kein anderer Fisch kommt mit so wenig Sauerstoff aus wie er. Er ist ein hochspezialisierter Blitzstart-Experte; unvermittelt kann das sonst behäbige Tier seinen Körper vorwärts katapultieren. Und er ist ein Unterwasser-Artist; anders als alle anderen Fische kann er rückwärts, kopfüber und auf dem Rücken schwimmen.

Doch es ist etwas anderes, was die Biologen vor allem fasziniert: Der stahlblaue, grobschuppig gepanzerte Raubfisch scheint einer längst vergangenen Ära zu entstammen. Lange Zeit galt die Gruppe der Quastenflosser als seit 70 Jahrmillionen ausgestorben. Dann, im Dezember 1938, fischte ein südafrikanischer Trawler ein lebendes Exemplar aus 40 Faden Tiefe. Der überraschende Fund wurde als zoologische Jahrhundertsensation gefeiert. "Ich wäre kaum erstaunter gewesen, wenn mir auf der Straße ein Dinosaurier begegnet wäre", konstatierte seinerzeit der Fischkundler James Smith.

Nun ist es Genforschern gelungen, das Erbgut dieser Spezies auszulesen. In der Zeitschrift "Nature" berichten sie davon, wie ihnen das Studium dieses Genoms Einblicke in einen Schicksalsmoment der Evolutionsgeschichte erlaubt. Denn gerade der Quastenflosser ist für Evolutionsbiologen besonders interessant. Das liegt daran, dass er dem Menschen erstaunlich ähnlich ist. Unter den Fischen stehen einzig die Lungenfische dem Homo sapiens verwandtschaftlich noch näher. Deren Erbgut allerdings ist so riesig, dass sich bisher kein Forscher an eine Entschlüsselung heranwagt.

Antworten im Erbgut

Rund 420 Millionen Jahre ist es her, dass der letzte gemeinsame Vorfahr von Quastenflosser und Mensch mit fleischigen, muskelbepackten Flossen durch den Ozean paddelte. Zwei sehr ungleiche Sippschaften hinterließ diese Kreatur: Während die einen im Ozean blieben und dort, äußerlich fast unverändert, die Jahrmillionen überdauerten, eroberten die anderen das Land und brachten dort eine unermessliche Formenvielfalt hervor. Fledermaus, Salamander, Krokodil, Pinguin und Mensch - sie alle zählen zu den Abkömmlingen.

Was jedoch verdammte die einen zur Stagnation? Was entfachte bei den anderen das Feuerwerk der Innovation? Antworten auf solche Fragen erhoffen sich die Forscher nun von der Untersuchung des Quastenflosser-Erbguts. Kein Zweifel: Der Landgang der Wirbeltiere war eine der bedeutenden Weichenstellungen in der Geschichte des tierischen Lebens auf dem Planeten Erde - und zugleich ein schicksalhaftes Kapitel in der Vorgeschichte der menschlichen Spezies.

Offensichtlich fiel die Anpassung an den unwirtlichen Lebensraum Land nicht leicht. Oft in der Geschichte des Lebens hätte es Gelegenheit dazu gegeben. Denn immer wieder erlernten Fische, in ausgetrockneten Tümpeln zu überleben. Immer wieder erwarben sie die Fähigkeit, Luft zu atmen. Zumeist aber scheiterte der Sprung ins Trockene. Nur ein einziges Mal gelang der dauerhafte Landgang - als die Nachfahren jenes Ur-Quastenflossers ans Ufer robbten.

Ein Genschalter namens "Insel 1"

Ein grundlegender Umbau des Körpers war dazu erforderlich, musste er doch nun der Schwerkraft trotzen. Auch neue Stoffwechselwege galt es zu erkunden, und die Sinnesorgane bedurften eines grundlegend anderen Designs. Bisher konnten die Forscher diesen Wandel nur anhand von Fossilien studieren. Diese erlauben es zum Beispiel nachzuvollziehen, wie sich die Flossen Schritt um Schritt in knöcherne Gliedmaßen verwandelten oder wie ein Kieferknochen langsam schrumpfte und fortan zum Hören im neu gestalteten Ohr diente.

Welche Gene aber sind verantwortlich für diesen Wandel? Welche Veränderungen vollzogen sich im Gewebe, im Stoffwechsel, in der Sinnesverarbeitung? Antworten auf diese Fragen geben versteinerte Knochen nicht preis. Erst jetzt, mit Hilfe des Genoms, können sich die Forscher ihnen zuwenden.

So gelang es ihnen, einen Genschalter namens "Insel 1" im Erbgut des Quastenflossers zu identifizieren, der offenbar einen ersten Schritt in Richtung Hand darstellte. In der Tat offenbaren sich im Quastenflosser erste Merkmale, die wie eine Art Vorahnung der späteren Gliedmaßenentwicklung anmuten: Während Lachs, Thunfisch oder Hecht mit dünnen Strahlenflossen durchs Wasser manövrieren, verdankt der Quastenflosser seine außerordentliche Wendigkeit seinen knöchernen, mir Muskeln bestückten Flossen. Wie gut sich "Insel 1" zur Ausbildung von Gliedmaßen eignet, zeigte sich im Genlabor: In die Maus eingebaut, steuert dieser Genschalter die Ausbildung voll funktionsfähiger Mäusegliedmaßen.

Auch Dinge, über die das Skelett keinerlei Auskunft gibt, lassen sich im Erbgut dingfest machen - wie zum Beispiel der an Land veränderte Harnstoffwechsel: Fische produzieren Ammoniak, das schnell ins umliegende Wasser entweicht. An Land jedoch reichert es sich im Körper an und wirkt dann rasch toxisch. Deshalb wurde die Umwandlung in Harnstoff erforderlich. Den evolutionären Wandel eines Enzyms, das diesen Prozess steuert, konnten die Forscher im Genom des Quastenflossers nachvollziehen.

Noch sind all das allerdings Einzelheiten. Eine Erklärung für die erstaunliche Innovationsfreude der Landwirbeltiere und die rätselhafte Stagnation des Quastenflossers liefern sie nicht. Der an der Genanalyse beteiligte Evolutionsbiologe Axel Meyer aus Konstanz ist davon überzeugt, dass die Antwort des Rätsels gar nicht in den Genen selbst, sondern in deren Steuerung liegt. Die Forscher wissen, dass es Tausende von Genschaltern im Erbgut gibt. Wo genau diese verborgen sind und wie sie funktionieren, wissen sie jedoch in den meisten Fällen nicht. "Die Grammatik dieser Schalter zu verstehen", sagt Meyer, "das ist der heilige Gral unseres Fachs."

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insgesamt 33 Beiträge
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1. Faszinierend!
nimue11 17.04.2013
Ich bin schon ziemlich andächtig ob dessen, was die Wissenschaft heute kann.
2.
belneddy 17.04.2013
Danke für diesen Beitrag.Habe seit langem keinen derartig interessanten und gut geschriebenen Artikel gelesen,der sich mit den wirklich entscheidenden Dingen befasst.
3. Evolution?
DonMcM 17.04.2013
Stammen wir alle aus einer Urzelle ab? Sind die Wissenschaftler in ihrer Evolutionstheorie nur gefangen oder ist alles zweiflesfrei bewiesen? Was wenn nicht nur unser Wasser unsere Rohstoffe aus dem All zu uns kamen, sondern auch immer wieder "lebende Materie"? Was, wenn Entwicklungssprünge des Lebens, wie hier der an Land gehende Quastenflosser, nicht durch die verzweifelte Suche nach neuen Evolutionären Bedingungen, sondern schlicht durch Ankunft neuer , "Zellen" von außerhalb der Erde beeinflußt wurde. Was wenn das Aussterben der Saurier ebenfalls darauf zurückzuführen ist. .... Was ist mit der bekannten Theorie des "interstellaren Pollenflugs".... ??
4. Stagnation? Von wegen …
orthorix 17.04.2013
Die Tatsache, das ein Bauplan 70 Mio. Jahre überdauern konnte, zeugt nicht von Stagnation, sondern von einem erfolgreichen Entwurf der Evolution. Dieses erfolgreiche Design erlaubte es Latimeria, in 70 Millionen Jahren sich stetig verändernden Bedingungen zu trotzen. Natürlich ist der rezente Latimeria nicht der Quastenflosser der späten Kreidezeit, nur sein äußerer Bauplan ist ähnlich. Die Idee, ein genetisch unverändertes „lebendes Fossil“ vor sich zu haben, ist evolutionsbiologisch Schwachsinn. Bakterien, Parasiten, Temperaturen, Salzkonzentrationen, Beutetiere haben sich geändert und Latimeria hat sich diesen angepasst, ist also kein lebendes Fossil sondern ein auf die heutige Umwelt hervorragend angepasstes Lebewesen. Was seine Cousins (s.u.!) von damals, die Vorfahren der Landwirbeltiere, betrifft: Die Umstellung auf ein Landleben bedingt für ein Wasserlebewesen enormen Anpassungsdruck, der sich dementsprechend lohnen musste. Nehmen wir also ätzende Umweltbedingungen an: Quastenflosser als robuste Fische konnten im Meer trotzdem überleben, während ihre nicht so robusten Verwandten aufs Land ausweichen mussten. Also sind wir die „schwächeren“ und das „Fossil“ vielleicht doch die überlegene Lebensform - nicht aus kultureller, sondern evolutionärer Sicht? Ach ja: 70 Mio Jahre = späte Kreidezeit, Dinos und so. Umstieg auf Landleben = Devon (Ichtyostega et al.), 370 Mio. Jahre vor unserer Zeit - was will uns das sagen? Daß die Quastenflosser (70 Mio. Jahre) hoch angepasste Fische waren, die mit Landgängen ihrer Vorfahren 300 Mio. Jahre früher schon lange nichts mehr zu tun hatten. Somit doch keine Cousins, sondern damals bereits Ur-ur-ur-…-Ahnen …
5. Sollte man vielleicht jetzt auf der anderen Seite anfangen?
wohlmein 17.04.2013
Wenn es explizit ausgeschlossen ist, daß man bei diesen Forschungen mehr als ein Tröpfchen Blut oder Gewebe benötigt, könnte man... NEIN. Ich sags nicht. Der Ethik wegen.
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