Entziffertes Neunaugen-Genom: Blutsauger der Meere

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Sie verbeißen sich in Fische, fressen Fleischfetzen und trinken Blut: Neunaugen sind erfolgreich als Parasiten. Bei der Entschlüsselung des Genoms der urtümlichen Wirbeltiere stießen Forscher auf überraschend flexibles Erbgut - und Gene, die von Neunaugen zu ihren Opfern wandern.

Neunaugen: Unsere kieferlose Verwandtschaft Fotos
Jeramiah Smith

Wer braucht schon einen Kiefer? Unter den Neunaugen jedenfalls niemand. Dadurch unterscheiden sich die Wasserbewohner von nahezu allen anderen lebenden Wirbeltieren - nur die sogenannten Schleimaale verzichten ebenfalls darauf. Alle anderen Wirbeltiere, auch der Mensch, zählen biologisch gesehen zu den Kiefermäulern. Neunaugen führen ein Leben als Parasiten. Mit ihrem runden Maul, das mit einer stattlichen Anzahl Zähne gefüllt ist, saugen sie sich an Fischen fest und ernähren sich von deren Blut und Fleisch.

Rund 500 Millionen Jahre ist es her, dass der letzte gemeinsame Vorfahre von Neunaugen und den restlichen Wirbeltieren lebte. Das Erbgut der Neunaugen, über das ein internationales Forscherteam um Jeramiah Smith von der University of Kentucky nun im Fachmagazin "Nature Genetics" berichtet, ist deshalb für Evolutionsbiologen interessant: Es liefert Informationen darüber, welche Gene in der Frühzeit der Wirbeltiere ihren Ursprung haben, als die Neunaugen noch nicht ihren eigenen Weg eingeschlagen hatten. Das Ergebnis: Rund 1,5 Prozent der menschlichen Gene stammen aus dieser Phase.

Radikaler Genom-Umbau in der Embryonalphase

Das nun entschlüsselte Erbgut stammt von einem erwachsenen Meeresneunaugen-Weibchen (Petromyzon marinus). Ein Teil des genetischen Materials der Tiere ist deshalb bei der Analyse unter den Tisch gefallen: Das Projekt lief schon, als einige der beteiligten Forscher herausfanden, dass sich in den Keimzellen von Neunaugen mehr DNA befindet als in den Körperzellen erwachsener Tiere. Rund 20 Prozent des Erbguts wird im frühen Embryonalstadium offensichtlich aussortiert - ein erstaunlicher Prozess. "Von anderen Wirbeltieren ist eine so weitreichende Umstrukturierung nicht bekannt", sagt der am Projekt beteiligte Biologe Axel Meyer von der Universität Konstanz. Die Erforschung dieses Umbaus könnte dabei helfen, besser zu verstehen, was ein Genom stabil macht - und gleichzeitig flexibel. Was die überschüssigen 20 Prozent in den Keimzellen tun, ist noch nicht bekannt.

Die Wissenschaftler schätzen, dass erwachsene Neunaugen über rund 26.000 Gene verfügen - also vielleicht sogar mehr als der Mensch. "Das ist allerdings eine grobe Schätzung", sagt Meyer.

Neunaugen sind zwar Wirbeltiere, anders als ihrer Verwandtschaft fehlt ihnen jedoch nicht nur der Kiefer, sondern auch Extremitätenpaare, die sich bei fast allen Wirbeltieren finden - Flossen, Arme, Beine oder Flügel. Tatsächlich fehlt beim Neunauge ein Gen-Schalter, der für diese paarweise Anordnung sorgt.

Spuren von Genom-Verdopplungen

Eine weitere Frage konnten die Forscher durch die Genom-Analyse klären: Wann die letzten beiden Genom-Verdopplungen stattfanden, deren Spuren sich auch im menschlichen Erbgut finden. Solche Verdopplungen sind ein bekanntes Phänomen, das die Entwicklung von Arten enorm vorantreiben kann.

Besitzt ein Organismus zwei Kopien eines Gens, kann sich eine davon verändern - mutieren - und eventuell eine neue Funktion gewinnen, während die andere Kopie weiter der ursprünglichen Arbeit nachgeht. Weil es Pflanzen mit Gen-Verdopplungen etwas leichter haben, konnten sie sich zu einer enormen Vielfalt entwickeln, vermuten Forscher.

Spuren der letzten zwei Genom-Verdopplungen bei Wirbeltieren fanden die Forscher auch im Neunaugen-Erbgut. Die einschneidenden Ereignisse liegen also mehr als 500 Millionen Jahre zurück.

Überraschender Gentransfer

Die Genom-Entschlüsselung dauerte mehrere Jahre. Was den Wissenschaftlern unter anderem Probleme bereitete: Das Neunaugen-Erbgut ist besonders gespickt mit sogenannten repetitiven Elementen. Das sind DNA-Bereiche, in denen sich eine Sequenz viele Male wiederholt. Sie machen etwa 35 Prozent des Genoms aus, was die Arbeit deutlich erschwerte.

Allerdings lieferte eine genauere Analyse einer bestimmten Gruppe dieser Elemente bereits eine überraschende Erkenntnis: Zwischen Neunaugen und den Fischen, die sie befallen, findet offensichtlich ein Gentransfer statt. Ausgetauscht werden dabei Gen-Abschnitte, die in der Lage sind, sich selbst aus der DNA herauszuschneiden und wieder einzufügen, sogenannte Transposons. Dass so ein Austausch über Artgrenzen hinweg stattfindet, war vorher nur von Mikroorganismen bekannt.

Die Überraschung wird sicher nicht die letzte sein, die das Neunaugen-Genom bereithält. Denn wie bei anderen Genom-Projekten gilt auch hier: Nachdem die Fleißarbeit der Entzifferung abgeschlossen ist, kann die Forschung mit der gewonnenen Datenfülle richtig loslegen.

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1. Geile Forschung :-)
Layer_8 26.02.2013
Zitat von sysopSie verbeißen sich in Fische, fressen Fleischfetzen und trinken Blut: Neunaugen sind erfolgreich als Parasiten. Bei der Entschlüsselung des Genoms der urtümlichen Wirbeltiere stießen Forscher auf überraschend flexibles Erbgut - und Gene, die von Neunaugen zu ihren Opfern wandern. Neunauge: Genom entschlüsselt - SPIEGEL ONLINE (http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/neunauge-genom-entschluesselt-a-884712.html)
Neunaugen "an sich" sind ja vielleicht nicht die "interessantesten" Tiere, jedoch zeigt sich hier an einem speziellen Beispiel, mit welch vielfältigen "Tricks" die Evolution gearbeitet hat und wohl noch arbeiten wird, es gibt ja noch viele andere Tricks. Es mag zwar wie ein "Wunder" erscheinen, jedoch ist alles "logisch" und "konsequent", wie die Natur die ganze Artenvielfalt hervorbrachte und noch weitere hervorbringen kann. Ganz neue "Konzepte" dabei wohl auch nicht ausgeschlossen.
2. Das Genom der Blutsauger
tomatosoup 26.02.2013
Das Genom der Blutsauger soll ja auch in Zocker- und Bankerkreisen noch aktiv sein. Kann man darüber schon etwas sagen?
3. Nein.
Sique 26.02.2013
Zitat von tomatosoupDas Genom der Blutsauger soll ja auch in Zocker- und Bankerkreisen noch aktiv sein. Kann man darüber schon etwas sagen?
Sie verwechseln die Kieferlosen mit den Rückgratlosen.
4. War es nicht eher so, dass die Kiefermäuler ihren Weg einschlugen?
Koda 26.02.2013
Zitat von sysopEs liefert Informationen darüber, welche Gene in der Frühzeit der Wirbeltiere ihren Ursprung haben, als die Neunaugen noch nicht ihren eigenen Weg eingeschlagen hatten. Neunauge: Genom entschlüsselt - SPIEGEL ONLINE (http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/neunauge-genom-entschluesselt-a-884712.html)
Denn von den Kieferlosen sollen sich dieKiefermäuler erst entwickelt haben:"Kieferbildung Nach dem klassischen Modell der Kieferevolution wurde der Kieferbogen (Mandibularbogen) aus einem Kiemenbogen, einem stützenden Skelettelement zwischen den Kiementaschen, gebildet. Unsicher ist, um welchen Kiemenbogen es sich handelt. " Demnach hätten die Kiefermäuler irgendwann ihre verwandten Kieferlosen verdrängt
5. sind spannend!
mhwse 26.02.2013
weil sie eine Brücke zwischen Wirbellosen und Wirbeltier darstellen. Lebende Fossilien. Stichwort: Neumüder
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Das Erbgut
Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene sogenannte Nukleinsäuren: A, C, T und G.
Messenger-RNA (mRNA)
Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
Ein Codon ist eine Folge von drei Bausteinen (Nukleotiden oder Basen) der DNA und analog auch der mRNA. Ein Codon steht für eine bestimmte Aminosäure oder als Stoppsignal, welches das Ende einer Bauanweisung für ein Protein kennzeichnet.
Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
Transfer-RNA (tRNA)
Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.
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