Gen-Experiment Schlangen-DNA macht Mäuse beinlos
Eine unbehandelte Maus (oben) und eine Maus mit einer Gen-Sequenz von einer Kobra, zwei Wochen nach der Geburt.
Foto: Kvon et al./ Cell 2016Ein kleiner Abschnitt Schlangen-DNA lässt Mäuse ohne Beine zur Welt kommen. Das berichten US-amerikanische Wissenschaftler im Fachblatt "Cell" . Die Forscher um Evgeny Kvon aus dem Berkeley Lab wollten herausfinden, wie bestimmte Echsen vor rund 150 Millionen Jahren ihre Beine verloren und sich damit zu Schlangen entwickelten.
Dazu analysierten die Forscher eine ZRS genannte Erbgutsequenz, die sich bei fast allen Wirbeltieren ähnelt: Sie aktiviert ein Gen, das dafür sorgt, dass Arme, Beine oder auch Flossen wachsen. Auch in der DNA von Pythons, Boas, Kobras, Klapperschlangen, Nattern und Vipern findet sich dieser Erbgutabschnitt. Doch bei ihnen ist die kurze Sequenz verändert. Die Vermutung der Forscher: Die Mutationen verhindern die Entwicklung der Gliedmaßen bei Schlangen.
Schlangen-DNA in Mäuseembryonen
Um dies zu überprüfen, ersetzten die Wissenschaftler die ZRS-Sequenzen in Mäuseembryonen mit denen unterschiedlicher Schlangenarten. Das Ergebnis: Die veränderten Mäuse entwickelten nur Beinstummel, die nicht behandelte Vergleichsgruppe hatte hingegen ganz normale Beine.
Die Forscher setzten Embryonen auch die entsprechenden Gen-Sequenzen von Echsen, Fischen, Elefanten und Menschen ein: Die Beine entwickelten sich normal. Die Schlangen-Sequenzen stören offensichtlich das Wachstum von Extremitäten.
Boas bilden unnütze Knochenstückchen aus - Kobras nicht
Im genetischen Bauplan von heute lebenden Schlangen sind die Spuren für die Anlagen von Gliedmaßen enthalten. Manche Schlangenarten wie Boas oder Pythons haben sogar noch einige unnütze Knochenstückchen, die an die rückgebildeten Hinterläufe erinnern. Von außen ist den Tieren dieses evolutionäre Erbe nicht anzusehen.
Andere Schlangen wie Vipern, Kobras oder Klapperschlangen hingegen bilden nicht einmal diese Knochenstückchen aus.
Eine Skizze des Experiments.
Foto: Kvon et al./ Cell 2016Dieser Unterschied lässt sich auch bei dem Versuch mit Mäusen wiederfinden: Mäuse mit Python-Sequenzen entwickeln etwas längere Beinstummel und drei kleine Pfotenknochen-Stückchen. Mäuse mit Kobra-Sequenzen weisen hingegen kürzere Stummel und keinerlei Pfotenknochen auf.
"Ziemlich kleine Veränderungen im Genom können sehr große Veränderungen verursachen", stellt James Hanken im Fachblatt "Science " fest. Er forscht an der Harvard University zum selben Thema.
Urplötzliche Entstehung der Schlangen
Das Ergebnis des Mäuseexperiments könnte die Lösung für ein Rätsel in der Evolution sein. Noch vor wenigen Jahren sah die Geschichte der Schlangen so aus, als wären sie vor rund hundert Millionen Jahren urplötzlich da gewesen. Paläontologen konnten lange kaum Fossilien von Übergangsformen zwischen Echsen und Schlangen entdecken.
Evolution: Wie verloren Schlangen ihre Beine?
Zwar fanden kanadische Wissenschaftler Anfang 2015 Fossilien, die nachweisen, dass die ersten Schlangen bereits vor etwa 150 Millionen über die Erde krochen. Sie vermuten, dass sich der entscheidende Schritt von der Echse hin zu Schlangen in Sümpfen und an Flussufern vollzog, in Biotopen also, die Beweglichkeit zu Wasser und an Land erforderten.
Das heißt aber nicht, dass alle Schlangenarten ihre Beine im selben Zeitraum verloren: Selbst Funde aus der Zeit vor 100 bis 90 Millionen Jahre zeigen, dass manche Schlangen noch über - wenn auch mickrige - Hinterläufe verfügten.
Und doch ist die Übergangsphase für evolutionäre Verhältnisse relativ kurz. Eine Erklärung hierfür wäre, dass nur eine kleine Veränderung in der ZRS-Sequenz große Auswirkungen hatte. Die Arten ohne Gliedmaßen haben sich dann zunehmend durchgesetzt.
