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Nicht die Größe macht's

Pflanzliches Riesengenom entdeckt

Lange war unter Naturforschern die Auffassung verbreitet, dass sich »höhere« von »niederen« Lebewesen auch durch die Zahl ihrer Gene klar voneinander unterscheiden ließen. Die Untersuchung des Erbguts zahlreicher Pflanzen und Tiere hat ergeben, dass dem nicht so ist. So besitzt der Mensch als selbst ernannte »Krone der Schöpfung« nicht wie ursprünglich vermutet rund 120 000 Gene, sondern nach heutigem Wissensstand nur rund 19 000 Gene und damit kaum mehr als ein Fadenwurm. Allgemein kann man festhalten, dass die Zahl der in der DNA enthaltenen Basenpaare und Gene von Spezies zu Spezies mitunter beträchtlich schwankt. Und zwar unabhängig von deren Stellung in einer wie auch immer begründeten »Stufenordnung des Lebens«.

Als Maß für die DNA-Gesamtmenge in einem einfachen (haploiden) Chromosomensatz gilt der sogenannte C- oder Chromatinwert, der in Piktogramm (= Billionstel Gramm) angegeben wird. Unter den Eukaryoten, den Lebewesen mit Zellkern und Kernmembran, trägt der einzellige Parasit »Encephalitozoon intestinalis« mit 0,0023 Piktogramm DNA das leichteste bekannte Erbgut in sich. Beim Menschen liegt der C-Wert des Genoms bei 3,0 Piktogramm, was sich im Vergleich zu anderen Tieren, namentlich Fischen und Amphibien, noch immer recht bescheiden ausnimmt. Rekordhalter in Sachen Genomgröße war bislang der Äthiopische Lungenfisch (Protopterus aethiopicus), dessen Erbgut einen C-Wert von 132,8 Piktogramm aufweist. Auf Platz zwei folgte mit 132,5 Piktogramm die Syrische Schachbrettblume (Fritillaria assyriaca) aus der Familie der Liliengewächse.

Nun jedoch ist eine Forschergruppe um Ilia Leitch von den Royal Botanic Gardens in Kew bei London auf eine kleine krautige Pflanze gestoßen, die über das größte Genom aller derzeit bekannten Lebewesen verfügt. Die Rede ist von der normalerweise in Japan wachsenden Einbeere »Paris japonica«, deren C-Wert bei kaum für möglich gehaltenen 152,23 Piktogramm liegt. Das berichten die Wissenschaftler im Fachblatt »Botanical Journal of the Linnean Society« (Bd. 164, S. 10). Würde man den einfachen Chromosomensatz dieser seltenen Pflanze ausdehnen, hätte er eine Länge von rund 50 Metern. Zum Vergleich: Die DNA in einer menschlichen Zelle ist etwa 1,80 Meter lang.

Und obwohl der C-Wert eines Genoms nichts über die Komplexität des betreffenden Organismus aussagt, ist die DNA-Menge pro Zelle natürlich nicht bedeutungslos. »Frühere Studien haben gezeigt, dass sich Pflanzen mit großem Erbgut schlechter auf extremer werdende Umweltbedingungen einstellen können als andere Pflanzen und deshalb eine größere Wahrscheinlichkeit haben auszusterben«, sagt Leitch. Denn bei einem großem Genom dauert es länger, bis die gesamte DNA bei der Zellteilung kopiert ist. Das hat zur Folge, dass Arten mit großem Genom häufig einen längeren Lebenszyklus aufweisen. Sie sind also, was ihre Anpassungsfähigkeit betrifft, weniger »agil« als Lebewesen mit kleinerem Genom.

Wie groß die äußerlichen Unterschiede zwischen Arten ausfallen, hängt im Endeffekt nicht von der Zahl ihrer Gene, sondern von deren Funktionen ab. Neueren Studien zufolge ist die Entstehung von biologischer Komplexität maßgeblich an sogenannte Regulatorgene geknüpft, die bestimmen, welches Gen wie lange an- oder abgeschaltet wird. Mutationen in solchen Regulatorgenen, so vermuten Biologen, haben während der Evolution immer wieder zu tiefgreifenden Wandlungen im äußeren Erscheinungsbild der Lebewesen geführt.

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