Sprung an Land: Der Quastenflosser erzählt

Foto: Wikimedia commons/4028mdk09

Genom des Quastenflossers entschlüsselt: Alles Leben stammt aus dem Nass- doch wie schafften es die heutigen Landwirbeltiere, inclusive uns Menschen, eigentlich auf das Trockene? Dorthin, wo das Leben für die damaligen Arten ähnlich fremd und feindlich war wie für uns heute ein Dasein im Wasser?

 

Ein internationales Forscherteam ist den Antworten auf diese Fragen jetzt ein gutes Stück näher gekommen. Es entschlüsselte das vollständige Genom des Quastenflossers, eines bis vor 75 Jahren als ausgestorben gegoltenen lebenden Fossils. Warum uns dieses Tierchen so viel über den Landgang verraten kann? „Der Quastenflosser steht genau an der Schnittstelle der Evolution zwischen Fischen und Landwirbeltieren. Deshalb ist dieser Organismus aus evolutionärer Sicht von größtem Interesse“, erläutert Prof. Manfred Schartl, Inhaber des Lehrstuhls für Physiologische Chemie am Biozentrum der Universität Würzburg.

 

Hinzu kommt, dass der Fisch im Vergleich zum Lungenfisch, der eine noch engere Verwandtschaft mit den ersten Landgängern pflegt, über ein angenehm kleines Genom von „nur“ drei Milliarden Buchstaben verfügt. Die Sequenzierung, Gruppierung und Analyse der 100 Milliarden Buchstaben des Lungenfischs sei derzeit technisch noch nicht machbar.

 

Sprung aus dem Wasser gut vorbereitet

 

Was fanden die Forscher in ihrer im Fachblatt Nature veröffentlichten Studie nun heraus? Erstens: Der Sprung an Land war in vielfacher Hinsicht bestens vorbereitet. Zum Beispiel in puncto Stickstoffkreislauf: Während Meerestiere den giftigen Ammoniak ihres Stoffwechsels problemlos verdünnen und ausscheiden können, mussten die Landtiere auf weniger giftige Abfallprodukte zurückgreifen und entschieden sich für Harnstoff. Das für diese Veränderung zuständige „Schlüsselgen“ entwickelte sich aber schon lange vor dem Landgang. Unsere Vorfahren waren also, wie auch bei der Lungenatmung, optimal „vorpräpariert“.

 

Foto: Wikimedia commons/Gideon Algernon Mantell

An Land mussten sich unsere tierischen Ahnen weiteren großen Herausforderungen stellen: Wie potentielle Nahrungsquellen oder Gefahren erkennen, wie sich wehren gegen unbekannte Krankheitserreger? Die Wissenschaftler erkannten: Gene zur Geruchswahrnehmung an der Luft übernahmen die Kontrolle, während eine Umsteuerung des Immunsystems anhand neuer regulatorischer Genelemente die Tiere möglichst gesund hielt.

 

HoxD vom Quastenflosser übernommen

 

Und wie entstanden typische „Landmerkmale“ wie Glieder, Zehen und die Säugetier-Plazenta? Eine der wichtigsten Genregionen hierfür ist HoxD. Eine spezielle Sequenz innerhalb dieser Region ist bei Quastenflossern und Landwirbeltieren identisch- diese wurde höchstwahrscheinlich einfach übernommen und zur Bildung von Armen und Beinen herangezogen.

 

In seinen rund 400 Millionen Jahren haben sich die Gene des Quastenflosser kaum verändert. „Solche Tierarten tun sich schwer damit, sich an veränderte Lebensbedingungen anzupassen“, erklärt Schartl. Doch wozu auch- tummelt sich der urtümliche Fisch doch am liebsten in der Tiefsee, einem Lebensraum mit sehr stabilen Bedingungen. Für die Wissenschaftler ist die „Reaktionsträgheit“ des Quastenflossers ein Glücksfall: Nur deshalb seien Ereignisse, die vor 400 Millionen Jahren geschehen sind, an heute lebenden Exemplaren noch nachvollziehbar, so Schartl. NISO

 

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