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Forschungsschwerpunkte
EvoDevo und Hox
Wie verloren Schlangen ihre Beine?
Ist die Natur ein Baukasten?
Was sind die molekularen Schalter?
Eine Antwort gibt die Hox-Genfamilie ...
Was ist EvoDevo?
Evolutionary Theory und Developmental Biology werden kombiniert zu „EvoDevo“. Dieses interdisziplinäre Forschungsgebiet beschäftigt sich mit der Evolution auf der Entwicklungsbasis und damit auch auf molekularer Ebene. Oft wird die Evolution nur anhand des Phänotyps verfolgt. In letzter Zeit interessiert man sich viel mehr für die Veränderungen des Genotyps, sprich der genetischen Informationen.
Nach der Befruchtung einer menschlichen Eizelle durchläuft diese die Evolution im Zeitraffer. So ähnelt der Embryo am Anfang einem Fischembryo, dann einem Säugetierembryo und zu letzt differenziert sich der Embryo so weit aus, dass er menschliche Gestalt annimmt. Dies zeigt, dass grundlegend ähnliche Mechanismen für die Vielfalt der Natur verantwortlich sind. Und das ist auch der Schwerpunkt von EvoDevo. Man will verstehen welche Mechanismen, Transkriptionsfaktoren und Gene für die embryonale Entwicklung und Ausgestaltung von Beinen, Augen, Geschlechtsmerkmalen und vielem mehr verantwortlich sind.
Die Hox-Genfamilie
Hox-Gene kodieren für Transkriptionsfaktoren, die eine Homöobox-Domäne enthalten. Soweit die knappe Definition, die Bedeutung ist relativ einfach zu fassen: Diese Gene regulieren die embryonale Entwicklung von Körpersegmenten. Wenn ein Hox-Gen, das für die Bildung eines Körpersegmentes zuständig ist, blockiert wird, herunterreguliert oder heraufreguliert ist, so kann das entsprechende Körpersegment vollständig fehlen, doppelt oder dreifach entwickelt werden oder sich morphologisch stark unterscheiden.
Ein aktuelles Beispiel ist die Entdeckung der Hox-Gene c6 und c8, die die Bildung von Extremitäten unterdrücken. Dies ist wichtig, damit zwischen den Vorder- und Hinterbeinen keine weiteren Beine gebildet werden. Wird die Aktivität dieser Gene auch auf die Bereiche ausgeweitet, wo Beine ansetzen, so entstehen Lebewesen die keine Beine haben. Diese erinnern an Schlangen, und tatsächlich ist es so, dass sich Schlangen in zwei Schritten entwickelt haben. Bei den Alt-Schlangen fehlen die Vorderbeine und bei den Jung-Schlangen auch noch die Hinterbeine. Dieser Befund konnte molekularbiologisch auf eine veränderte Expression von Hox-Genen zurückgeführt werden.
Makroevolution wird erklärbar durch EvoDevo
Dass sich die Schnabelform von Vögeln anpasst, fällt unter die Mikroevolution, d. h. hier spielen sehr kleine Veränderungen eine Rolle. Doch die großen Sprünge sind noch unverstanden. Der neue Ansatz erlaubt ein Baukastenprinzip, in dem z. B. die Zahl der Segmente, Extremitäten und Proportionen durch Regulation von Transkriptionsfaktoren beeinflusst werden kann. Nur so glaubt man, konnte es zu den Sprüngen in der Evolution kommen.
Prof. G. Layer ist Professor für Entwicklungsbiologie und Neurogenetik an der TU-Darmstadt. Er beschäftigt sich mit der embryonalen Entwicklung der Netzhaut und geht der Frage nach, welchen Einfluss Acetylcholinesterasen - ein Enzym, das den neuronalen Botenstoff Acetylcholin abbaut - auf die Entwicklung haben.
