Dass das menschliche Sehen möglich ist, ist Forschern zufolge auch einem uralten, von Bakterien gestohlenen Gen zu verdanken. Dieses soll sich bei der Evolution des Wirbeltierauges vor mehr als 500 Millionen Jahren beteiligt haben, besonders an der Reaktion der Netzhaut auf Licht.
Eine neue Forschungsarbeit, die am Freitag in „Proceedings of the National Academy of Sciences“ publiziert wurde, zeigt die evolutionäre Bedeutung von Genen.
Bekannt ist, dass Bakterien bereitwillig Gene austauschen, verpackt in Viren oder mobilen DNA-Stücken, die Transposons genannt werden. Aber auch Wirbeltiere können mikrobielle Gene einbauen. Als das menschliche Genom 2001 zum ersten Mal sequenziert wurde, gingen Wissenschaftler davon aus, dass es etwa 200 von Bakterien stammende Gene enthielt, obwohl sich der mikrobielle Ursprung vieler Gene nicht bestätigte.
Matthew Daugherty, Biochemiker an der Universität von Kalifornien in San Diego, und seine Kollegen haben mit Hilfe einer ausgeklügelten Computersoftware die Entwicklung von Hunderten menschlicher Gene nachgezeichnet, indem sie nach ähnlichen Sequenzen in Hunderten von anderen Arten suchten. Gene, die zuerst in Wirbeltieren aufgetaucht waren und keine Vorgänger in früheren Tieren hatten, waren gute Kandidaten für einen „Sprung“ von Bakterien, insbesondere wenn sie Entsprechungen in modernen Mikroben hatten.
Das Gen namens IRBP (für Interphotorezeptor-Retinoid-bindendes Protein) war bereits als wichtiger Baustein für das Sehen bekannt. Das Protein befindet sich zwischen der Netzhaut und dem retinalen Pigmentepithel, einer dünnen Zellschicht, die die Netzhaut bedeckt. Wenn im Auge von Wirbeltieren Licht auf einen lichtempfindlichen Photorezeptor in der Netzhaut trifft, werden Vitamin-A-Komplexe geknickt und lösen einen elektrischen Impuls aus, der den Sehnerv aktiviert. IRBP verschiebt diese Moleküle dann zum Epithel, um sie zu entknicken. Schließlich transportiert es die wiederhergestellten Moleküle zurück zum Photorezeptor.
IRBP der Wirbeltiere ähnelt am ehesten einer Klasse von Bakteriengenen, den Pepsidasen, deren Proteine andere Proteine recyceln. Da IRBP in allen Wirbeltieren vorkommt, im Allgemeinen aber nicht in ihren engsten wirbellosen Verwandten, schlagen Daugherty und seine Kollegen vor, dass Mikroben vor mehr als 500 Millionen Jahren ein Pepsidase-Gen in einen Vorfahren aller lebenden Wirbeltiere übertragen haben. Sobald das Gen an seinem Platz war, ging die Recyclingfunktion des Proteins verloren und das Gen duplizierte sich zweimal, was erklärt, warum IRBP vier Kopien der ursprünglichen Pepsidase-DNA besitzt. Schon in seinen mikrobiellen Vorfahren könnte dieses Protein die Fähigkeit gehabt haben, an lichtsensitive Moleküle zu binden, vermutet Daugherty. Weitere Mutationen vervollständigten dann seine Umwandlung in ein Molekül, das aus den Zellen entweichen und als Shuttle dienen konnte.
Nicht alle sind der Meinung, dass die Entwicklung von IRBP für das Sehen der Wirbeltiere entscheidend war. „Ich glaube nicht, dass es passieren musste“, damit Wirbeltiere gut sehen konnten, sagt Sönke Johnsen, Biologe an der Duke University. Die Augen von Wirbeltieren kommen ohne IRBP aus, stellt er fest. Statt hin und her zu pendeln, bleibt der Vitamin-A-Komplex in der Netzhaut, wo eine Wellenlänge des Lichts das lichtempfindliche Molekül verbiegt, während eine andere es wieder aufrichtet. Einige Forscher haben spekuliert, dass dieser Mechanismus die Nachtsicht der Wirbellosen beeinträchtigt. Es gibt jedoch viele extrem gute Augen bei Wirbellosen“, sagt Johnsen.
Daugherty stimmt zu, dass die Abhängigkeit der Wirbeltiere vom IRBP einfach ein historischer Zufall sein könnte. Die Arbeit unterstütze dennoch die Idee, dass horizontaler Gentransfer dazu beitragen kann, Organismen mit neuen Funktionen auszustatten, sagt Julie Dunning Hotopp, Genombiologin am Institut für Genomwissenschaften der University of Maryland School of Medicine. Sobald diese Gene in einer neuen Spezies Fuß gefasst haben, kann die Evolution an ihnen herumpfuschen, um völlig neue Fähigkeiten zu entwickeln oder bestehende zu verbessern. „Das ist das biologische Äquivalent des Upcyclings“.
