Wie die Umwelt die Gene des ganzen Gehirns steuert

Nature vs. Nurture: Soziale Informationen ändern Genaktivitäten und den Phänotyp. In welchem Ausmaß, zeigt sich unter anderem an Bienen. Ähnliche Beispiele gibt es allerorten im Tierreich, auch bei Buntbarsche.

Symbolbild
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(c) AP (STEFFEN SCHMIDT)

Buntbarsche leben in hierarchischen Gesellschaften, in denen ein Alphamännchen den Ton angibt und sich reproduziert; die Fruchtbarkeit der anderen Männchen ist reduziert, sie tragen blassere Farben und sind unterwürfig. Aber wenn der Herrscher stirbt – oder von Forschern entfernt wird –, übernimmt ein anderer seine Rolle und seinen Phänotyp, rasch: Nach wenigen Minuten beginnt er mit dem Umbau, nach 20 bis 60 Minuten ist er fertig, der neue Alpha. Dabei ist ein Gen zentral – egr1, es strukturiert das Gehirn um –, aber es ist nicht isoliert, sondern Teil eines Netzwerks, in dem Hunderte Gene beim Wandel aktiviert oder deaktiviert werden. Ein ähnliches Mirakel vollbringen Bienen, die nach dem Schlüpfen erst den Stock putzen, dann die Brut versorgen und dann, nach drei Wochen, zum Futterholen ausschwärmen.
Das folgt natürlich einem genetischen Programm. Aber wenn die Futterholer ausfallen – oder wieder von Forschern entfernt werden –, reifen die Jungen rascher heran, umgekehrt verzögert sich ihre Reifung, wenn es zu viele Ältere gibt; gesteuert wird alles vermutlich durch Pheromone der Älteren (und bei den Buntbarschen durch den bloßen Anblick des vorhandenen/fehlenden Alphamännchens). Ähnliche Beispiele gibt es allerorten im Tierreich, sie zeigen zum einen, dass nicht nur Menschen auf soziale Signale mit Verhaltensänderungen reagieren. Und sie weichen zum anderen jene Grenze auf, die die Debatten in Biologie (und Pädagogik) lange beherrschte: Nature vs. Nurture? Ist alles angeboren oder wandelbar?
In manchen Fällen ist es angeboren – etwa bei Wühlmäusen, bei denen die Variante eines einzigen Gens über Polygamie oder Treue entscheidet –, aber das ist eher die Ausnahme. Meist regiert ein kräftiges Sowohl-als-auch, in dem das ganze Neurogenom – das der Zellen des Gehirns – in Reaktion auf soziale Informationen umgebaut wird. Dann wird es unüberschaubar: Gene Robinson (University of Illinois) hat die Genaktivitäten von frei lebenden Bienen in drei Verhaltensweisen erhoben, beim Heranreifen, beim Verteidigen des Nestes, beim Futterholen: Jedes Mal waren um die 2000 (der 14.000) Bienengene anders aktiv.

Veränderungen werden vererbt

Aber auf den zweiten Blick zeigte die Vielfalt so klare Muster, dass die Forscher umgekehrt aus den Genaktivitäten das Verhalten der Tiere vorhersagen konnten (Pnas, 29. 9.). Das ändert sich natürlich rasch, aber es kann auch lange erhalten bleiben, über Generationen. Mäuseweibchen, die von ihren Müttern vernachlässigt wurden, vernachlässigen die eigenen Kinder, und bei Menschen gibt es den Verdacht, dass die Ernährung der Großeltern auf Gesundheit und Verhalten der Enkel durchschlägt. Das kommt nicht von den Genen, es kann nicht von ihnen kommen, weil die Zellen der Keimbahn (Eizellen, Sperma) bei der Geburt fest liegen und sich im Lauf des Lebens nicht ändern. Aber die Aktivität der Gene kann sich ändern – epigenetisch, durch Anhängen etwa von Methylgruppen an Gene. Das ist im Körper ganz normal, wohltrainierte Muskelzellen geben die erhöhte Genaktivität an ihre Tochterzellen weiter; und es kann auch in die Keimbahn einwandern, es wurde gerade wieder an Nematoden gezeigt.
Wie das geht, ist rätselhaft, aber es zeigt, dass bei Nature vs. Nurture längst auch die Grenze hinfällig ist, die sich in der Evolutionsbiologie zwischen Lamarck und Darwin bzw. Mendel auftat: Ersterer glaubte an die Vererbung erworbener Eigenschaften – der Sohn des Schmieds hat kräftige Muskeln –, die Epigenetik gibt ihm partiell recht.

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