Gentechnik / Evolution

Die immer wieder aufflammenden Debatte zwischen Neodarwinismus und "Intelligent Design"-Theorien, eine im Wesentlichen ideologische Konfrontation, lenkt von m.E. fruchtbareren Forschungsansätzen ab.

Epigenetik
Die Epigenetik (Wikipedia-Link) etwa befasst sich mit der Vererbung von Informationen, die nicht in der DNA codiert sind. Diese Information ist oft von Umwelteinflüssen abhängig, was bedeutet, dass Lamarck (Wikipedia-Link) doch nicht ganz falsch gelegen ist. Die Gesamtheit dieser Informationen wird als "Epigenom" bezeichnet

In Analogie zum Human Genome Project gibt es auch ein Konsortium namens Human Epigenome Project mit dem Ziel, das gesamte menschliche Epigenom zu entschlüsseln. Zur Bedeutung dieser Forschung meinte der Krebsforscher Peter A. Jones (American Association for Cancer Research): "If we are going to understand how to use stem cells, we are going to have to understand the human epigenome. Sequencing DNA doesn't tell you how it works."

Zwar wird die DNA selbst durch solche Vererbungsmechanismen offenbar nicht direkt verändert, sondern nur ihre Expression. Eine vererbte Eigenschaft, die eine erfolgreiche Anpassung an die Umwelt ermöglicht, ändert jedoch den Selektionsdruck auf die Gene. Wenn eine Art wie die Menschen ihre Umwelt derart verändert wie die unsere, wäre es vielleicht angebracht, von einer Ko-Evolution von Genen und Gesellschaft zu sprechen.

Dass es mehr Spielraum für "lamarckistische" Vererbungsmechanismen gibt als normalerweise angenommen, wird etwa in dem folgenden Buch vertreten:
Evolution in Four Dimensions: Genetic, Epigenetic, Behavioral, and Symbolic Variation in the History of Life. Eva Jablonka and Marion J. Lamb. MIT Press, Cambridge, MA, 2005.

Eine wohlwollende Rezension des Buchs gibt es z.B. hier: Lamarck Redux von Peter J. Richerdson (Department of Environmental Science and Policy at the University of California).
Zitat: "Skepticism about Lamarckian processes is warranted, but Jablonka and Lamb marshal enough evidence to make dogmatic claims of the absence of such processes equally deserving of skepticism. Where the weight of the evidence eventually comes down will be of great interest."

Löchrige Weismann-Barriere/Retroviren
Mit der "Weismann-Barriere", benannt nach dem deutschen Biologen August Weismann (Wikipedia-Link) und ein früheres Fundament darwinistischer Evolutionstheorien, sieht es auch nicht gut aus. Die Weismann-Barriere besagt, dass Erbinformation immer nur von den Genen zu Körperzellen fließt und niemals umgekehrt (moderne Version des Dogmas: DNA -> RNA -> Proteine ist die einzige Richtung).

Kandidaten für einen umgekehrten Transfer (RNA -> DNA) sind Retroviren, die einen artenübergreifenden horizontalen Gentransfer ermöglichen. Retroviren sind in der Lage, ihr RNA-Genom per reverse Transkription in DNA umzuschreiben und in ein Wirtsgenom einzubauen, womit sie zu "endogenen" Retroviren werden (englisch HERVs für Human Endogenous Retroviruses). Die "Bauanleitung" für das nach heutiger Ansicht dazu erforderliche Enzym "Reverse Transkriptase" ist offenbar bereits seit Millionen Jahren Teil des menschlichen Genoms bzw. des Genoms der Vorfahren des Menschen, siehe folgenden Absatz.

Endogene Retroviren dürften acht bis neun Prozent des menschlichen Genoms repräsentieren, in das sie vor 30 bis 70 Millionen Jahren eingebaut wurden. Siehe u.a. die Publikation Blinde Passagiere im Erbgut (pdf) des deutschen Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit (GSF).

Es ist daher höchst problematisch, aufgrund eines Nachweises reverser Transkription oder des Enzyms reverse Transkriptase auf die Aktivität eines exogenen Virus zu schließen, wie es in den letzten Jahrzehnten üblich wurde.

Retroelemente, Transposons und Evolution
Da Wirtszellen offenbar nicht gelernt haben, sich gegen den Einbau fremder DNA in ihre Zellkern-DNA effektiv zu wehren, liegt die Annahme nahe, dass solche Prozesse einen evolutionären Zweck erfüllen. Tatsächlich ist die Funktion "springender" Gensequenzen (allgemein "Transposons", mit RNA-Zwischenstufe "Retroelemente"), die zum Teil auf einen solchen Einbau zurückgeführt werden, und ihr Einfluss auf die Evolution eines der derzeit "heißesten" Forschungsgebiete überhaupt.

Das Genetic Information Research Institute (GIRI, eine private, nicht gewinnorientierte Institution) veranstaltete im Frühjahr 2006 eine internationale Konferenz in Pacific Grove, Kalifornien unter dem Titel Genomic Impact of Eukaryotic Transposable Elements (Link zum Konferenzprogramm). Beispielhaft der Titel einer der zahlreichen Präsentationen: Enormous impact of retroelements on the genome structure and evolution in land vertebrates.

Es gibt auch eine Sammlung sämtlicher Abstracts unter Book of Abstracts (pdf, 1.35 Mb).

Evolution: Zentrale Rolle der Viren?
Mittlerweile wird von VirologInnen die Ansicht vertreten, Viren (und/oder "virusähnliche egoistische Elemente") spielten in der Evolution überhaupt eine zentrale Rolle.

Beispiele: Ein Buch (2010) von Luis. P. Villarreal, Virenforscher, Center for Virus Research, University of California, Irvine:
Viruses And The Evolution Of Life (258 S., pdf, 1.4 Mb)

Zitat: "If this pattern has persisted for the last three billion years, which appears likely, then there have been about 1043 generations of individual virus during this period. Given the high rates of recombination and genetic variation inherent in DNA virus replication, we can see that there has been a vast exploration [of] the sequence space by this viral process and successful genomes that have colonized host cells might be expected to persist in the ecosystem and contribute this vast creativity to the tree of life. Perhaps from such a perspective, we can better appreciate why our very own human genomes appear to represent an ocean of ancient retroviral elements."

Ein Artikel von Eugene V. Koonin / Valerian V. Dolja (2013, Current Opinion in Virology)
A virocentric perspective on the evolution of life

Zusammenfassung: "Viruses and/or virus-like selfish elements are associated with all cellular life forms and are the most abundant biological entities on Earth, with the number of virus particles in many environments exceeding the number of cells by one to two orders of magnitude. The genetic diversity of viruses is commensurately enormous and might substantially exceed the diversity of cellular organisms. Unlike cellular organisms with their uniform replication-expression scheme, viruses possess either RNA or DNA genomes and exploit all conceivable replication-expression strategies. Although viruses extensively exchange genes with their hosts, there exists a set of viral hallmark genes that are shared by extremely diverse groups of viruses to the exclusion of cellular life forms. Coevolution of viruses and host defense systems is a key aspect in the evolution of both viruses and cells, and viral genes are often recruited for cellular functions. Together with the fundamental inevitability of the emergence of genomic parasites in any evolving replicator system, these multiple lines of evidence reveal the central role of viruses in the entire evolution of life."

Reverse Transkription
Eine generelle Hypothese zur evolutionären Funktion der reversen Transkription liefert das folgende Paper:
Cell biology, molecular embryology, Lamarckian and Darwinian selection as evolvability von H. Hoenigsberg, Instituto de Genética Evolutiva y Biologia Molecular, Universidad Manuela Beltrán, Bogotá, DC, Colombia.

Zitat aus dem Abstract: "While all out reproduction is the Darwinian measure of success among unicellular organisms, a high replication rate of cell lineages within the organism may be deleterious to the individual as a functional unit. (...)
"Our thesis is that selection at the level of the (multicellular) individual must have opposed selection at the level of the cell lineage. The metazoan embryo is not immune to this conflict especially with the evolution of set-aside cells and other modes of self-policing modifiers (Blackstone and Ellison, 1998; Ransick et al., 1996. In fact, the conflict between the two selection processes permitted a Lamarckian soma-to-germline feedback loop." (...)
" We offer the hypothesis that metazoan evolution solved this ancient conflict by evolving an immunogenetic mechanism that responds with rapid Lamarckian efficiency by retaining the ancient reverse transcriptase enzyme (RNA-DNA copying discovered by Temin in 1959 (see Temin, 1989) and found in 1970 in RNA tumor viruses by Temin and Baltimore), which can produce cDNA from the genome of an RNA virus that infects the cells. It seems that molecular Lamarckism can survive."

Adaptive Mutation/Mutagenese (Bakterien)
Bakterien zeigen scheinbar gezielte genetische Mutationen in Abhängigkeit von Umweltbedingungen und transferieren u.a. derart mutierte "Genpakete" (Plasmide - Wikipedia-Link) an andere Bakterien. Es gibt zahlreiche Papers dazu. Hier ein u.U. leichter verdaulicher Artikel:
Die Klugheit der Bakterien, Gödels Theorem und kreative genomische Netze.
Der Autor des (ins Deutsche übersetzten) Textes ist der Physiker Eshel Ben-Jacob von der Tel-Aviv University. Das gesamte, 1997 erschienene Paper gibt's hier auf seiner Website: star.tau.ac.il/~eshel/bacterial_linguistic.html.

Zitat: "Das neue Verständnis vom Genom als eine adaptive kybernetische Einheit mit Selbstwahrnehmung wird in den Kapiteln 6-8 vorgestellt. Das Genom ist aus meiner Sicht nicht nur ein Behälter zum Speichern., sondern eine komplizierte kybernetische Entität, die weit über eine universelle Turingmaschine hinausgeht. Sie enthält, metaphorisch gesprochen, einen Benutzer, einen Prozessor und einen Hardware-Ingenieur sowie Techniker. Der Prozessor selbst übertrifft die universelle Turingmaschine, da die Struktur während der Berechnungen dynamisch ist und sich adaptiv nach den von den Berechnungen erzwungenen Anforderungen verändert."

Genetisches Programmieren
Wie können darwinistische Selektionsprozesse komplexe Organismen hervorbringen? Antworten darauf sind vielleicht ein Nebeneffekt von Projekten, die sich mit "genetischer Programmierung" befassen - d.h., einer automatischen Methode zur Entwicklung von Computerprogrammen. Mehr dazu gibt es unter dem Link www.genetic-programming.com

Zitat: "There are now 36 instances where genetic programming has automatically produced a result that is competitive with human performance, including 15 instances where genetic programming has created an entity that either infringes or duplicates the functionality of a previously patented 20th-century invention, 6 instances where genetic programming has done the same with respect to a 21st-century invention, and 2 instances where genetic programming has created a patentable new invention."






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Letzte Änderung: 25 07 2014


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