Wie destruktive Viren-DNA das irdische Leben vorantrieb

Kann es außerirdisches höheres Leben geben? Wieso gibt es auf der Erde nicht nur Bakterien? US-Forscher schlagen eine Antwort vor.

Wieso gibt es auf der Erde nicht nur Bakterien?
Wieso gibt es auf der Erde nicht nur Bakterien?
Wieso gibt es auf der Erde nicht nur Bakterien? – (c) REUTERS (NASA NASA)

Gibt es Leben unter anderen Sternen? So entsetzlich groß die himmlischen Entfernungen sind – der nächste Stern ist über vier Lichtjahre weit weg! –, wir sind einer Antwort in den letzten 20 Jahren näher gekommen. Wir können heute sagen: So gut wie jeder Stern hat Planeten, bei der riesigen Menge an Sternen – Hunderte Milliarden allein in unserer Galaxie! – werden schon einige darunter sein, auf denen Leben wachsen kann.

Was mag das für Leben sein? Die meisten Astrobiologen (so nennt man Vertreter dieser stark spekulativen Disziplin) können sich auf zweierlei einigen. Erstens: Auch anderswo wird sich das Leben durch Evolution im Darwin'schen Sinn entwickeln. Zweitens: Auch anderswo wird es auf der Chemie basieren, die wir organisch nennen: auf den vielfältigen Verbindungen des Kohlenstoffs.

Wie könnte es also aussehen? Haben z. B. außerirdische Tiere wohl Augen wie hiesige? Auch hier sind die Astrobiologen konservativ. Wenn es anderswo höheres Leben gibt, argumentieren sie, dann wird es auf ähnliche Art Information gewinnen wie wir, also z. B. aus elektromagnetischen Wellen. Nicht zu unterschätzen ist aber das Gewicht des obigen Konditionalsatzes: Wenn es anderswo höheres Leben gibt. Es ist nämlich nicht selbstverständlich, dass sich Einzeller zu Vielzellern zusammenschließen. Auch eine wichtige Vorstufe ist gar nicht trivial: die Entwicklung von stark strukturierten Zellen mit Zellkernen, also der Schritt von Prokaryoten (Bakterien und Archaeen) zu Eukaryoten, wie wir auch welche sind.

 

„Evolution im Labor“

„Wenn Leben auf anderen Planeten existiert“, sagt Nigel Goldenfeld, Biophysiker an der University of Illinois, „dann wird es wohl zunächst mikrobiell sein. Kann es je den Übergang zu komplexerem Leben durchmachen?“ Dafür gebe es etliche Voraussetzungen. Eine davon hat sich ein Team um Goldenfeld in einem Experiment (Pnas, 19. 11.) angesehen, über das er selbst sagt: „Wir machen Evolution im Labor. Wir schauen uns an, welche evolutionären Prozesse vor Millionen von Jahren passiert sein müssen.“ Diesfalls die Entstehung eines Mechanismus, der für höhere, also eukaryotische, Zellen ganz wichtig ist. Sie können aus ein und demselben DNA-Abschnitt (grob gesagt: aus ein und demselben Gen) mehrere Proteine herstellen – durch eine Technik namens Spleißen: Sie schneiden aus dem Gen sogenannte Exons (die keine direkte Information für den Aufbau von Proteinen tragen) heraus und setzen die verbleibenden Introns (die sehr wohl solche Information tragen) auf unterschiedliche Art zusammen. Das erklärt etwa das Paradoxon, dass ein Mensch nicht mehr Gene hat als ein schlichter Wurm, mit ihnen aber offenbar viel mehr machen kann.

Dass ihre DNA so viele auf den ersten Blick nicht informative Abschnitte – oft verächtlich Junk-DNA genannt – enthält, ist typisch für Eukaryoten. Entstanden ist diese Junk-DNA (die manche Genetiker auf die Hälfte des menschlichen Genoms schätzen!) meist durch Invasionen von Viren. Diese haben Retrotransposons hinterlassen: DNA-Sequenzen, die wild in den Genomen herumhüpfen, sich selbst kopieren und an irgendwelchen Stellen einfügen. Dabei machen sie durchaus auch öfters ein Gen kaputt; diese destruktive Wirkung ist eine wichtige Triebkraft der Evolution.

Goldenfeld und Kollegen setzten nun Bakterien solche Retrotransposons (eines davon menschlicher Provenienz) ins Genom. Das Ergebnis war erwartungsgemäß fatal: Den Bakterien fehlen die Reparaturmechanismen, mit denen höhere Lebewesen die Brüche in ihrer DNA kitten können, z. B. eine Technik namens NHEJ.

 

Entstehung linearer Chromosomen

Wenn die Forscher die Bakterien nun auch mit den molekularen Werkzeugen für diese Technik ausrüsteten, wurden die Zerstörungen noch fataler. Offenbar braucht es ein feines Zusammenspiel zwischen den Retrotransposons (den Ahnen auch der Introns) und NHEJ: Dieses habe sich einst dringend entwickeln müssen, um die Zellen vor viralen Angriffen zu schützen, meint Goldenfeld. Genau dadurch sei das Spleißen entstanden – und damit die Möglichkeit, mehr Information aus DNA zu lesen. Mehr noch: Dieses Zusammenspiel habe wohl auch einen wesentlichen, bisher unerklärten Fortschritt gebracht: den Übergang von den ringförmigen Chromosomen der Bakterien zu den linearen der Eukaryoten.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 21.11.2018)

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