Donnerstag, 30. April 2009

Intelligenz-Evolution und Genverdopplungen

Daß schlichte absolute Gehirngröße beim Menschen nicht ausreicht, um (weitgehend angeborene) Intelligenz-Unterschiede zu erklären, ist schon länger bekannt. Und auch im Artvergleich ist Gehirngröße in Relation zur Körpergröße zwar durchaus ein grober Maßstab auch für Intelligenz-Unterschiede zwischen Arten, was schon Adolf Portmann (1897 - 1982) gründlich erforschte. Aber es muß auch hier noch mehr als bloß absolute Gehirngröße geben, was Intelligenz-Unterschiede zwischen Arten bewirkt. Auch das konnte man schon länger erahnen.

Nun ist im "Scientific American" ein spannender Bericht über neuere Forschungsergebnisse erschienen, die postulieren, daß Intelligenz-Unterschiede auch etwas zu tun haben könnten mit den Molekülen, die an den Nervensynapsen tätig sind. Und zwar beruht diese Erkenntnis - wieder einmal (wie so häufig derzeit) - auf dem Artvergleich von Genomen und abgelesener Gene bei Pilzen, Fliegen, Fischen, Mäusen und Menschen. Es wird berichtet:
A study recently published in Nature Neuroscience by Seth Grant (...) in Cambridge, along with Richard Emes (...) in North Staffordshire, both in England, suggests that all species have the same basic proteins that act in the synapses.

"If you look at us and fish, we have very different cognitive abilities," Emes says. "But we have roughly the same number of these synaptic proteins. It is the number of interactions and gene duplications of these proteins that provide the brain building blocks for higher level cognitive function.”
Genverdoppelungen bei Nervensynapsen-Genen als Hinweis

Übersetzt: "Wir und die Fische haben grob dieselben Synapsen-Proteine. Aber die Zahl der Interaktionen zwischen ihnen, sowie Verdoppelungen von Genen, die diese Proteine erzeugen" (!!!), "stellen Bausteine für höhere kognitive Leistungen dar."

Das ist zunächst eine schöne Bestätigung der Ausführungen unseres letzten Beitrages zu Genom-Verdoppelungen und ihrer evolutionären Bedeutung, sowie eine tiefergehende Auslotung der hier möglicherweise bestehenden Zusammenhänge (Stud. gen.). Im weiteren bezieht sich der Text auf Lori Marino, eine Erforscherin der konvergenten Gehirnevolution bei Primaten und Delphinen, die man schon beim Lesen des Buches von Simon Conway Morris "Life's Solution" an nicht unbedeutender Stelle hatte kennenlernen können. (Etwa Konferenzen über das Erforschen konvergenter Gehirnevolution als Erkenntnismittel.)
Emes, Grant and colleagues agree with Marino and Uhen that intelligence and differences between species are due to molecular complexity at the synaptic level. "The basic dogma says that the computational properties of the brain are based on the number of neurons and synapses," Grant says. "But we modify that by saying that the molecular complexity within those synapses is also important."

Grant and Emes looked at where approximately 150 synaptic proteins were released in the nervous systems of yeast, fruit flies and mice. They found that a variation in production and distribution patterns was linked to higher-level brain organization.

"The proteins that you find in yeast are the sort of proteins that are far more likely to be found expressed throughout the brain in uniform quantities," Grant says. "They laid a foundation to make more diverse and different regions of the brain using different combinations and expressions of other, more innovative proteins."
Also: Die Proteine, die man in Pilzen findet, sind dieselben Proteine, die man einheitlich überall im Gehirn zu ähnlichen Anteilen abgelesen findet. Sie legen die Grundlage, um vielfältigere und unterschiedlichere Gehirn-Regionen (evolutionär) auszubilden, indem unterschiedliches Kombinieren des Ablesens anderer, noch innovativerer Proteine dazu benutzt wird.
He likens these molecular proteins to implements in a toolbox that help to build specialized brain regions. He goes on to say that the different interactions, duplications or deletions of these proteins resulted over time in the evolutionary development of regions like the prefrontal cortex in humans which is involved in higher executive function like planning and goal-directed behavior.

Grant says that this finding offers scientists a new way to approach the study of brain evolution and intelligence. (...) "It's clear now that there are wonderful mental abilities in birds even with their relatively small brains, nerve cells and neural connections. But they have complex molecular synapses," says Grant.
Man darf also annehmen, daß Intelligenz a) sowohl durch absolute Vergrößerung des Gehirns (in Relation zur jeweiligen Körpergröße einer Art) als auch b) durch Genverdoppelung von Nervensynapsen-Genen und das komplexere Zusammenwirken dieser Nervensynapsen-Gene evoluiert ist. Wie das im einzelnen passiert ist und passiert in unserem Kopf, wird sicher noch künftig erforscht werden müssen. Aber all das wirft einen kleinen neuen Lichtstrahl darauf, welche Bedeutung Gen- und Genomverdoppelungen in der Evolution konkret gehabt haben können - und zwar zugleich auf dem nicht gerade unwichtigsten Gebiet der Evolution, nämlich dem der Herausbildung unseres Gehirns.
_______________

ResearchBlogging.org1. Emes, R., Pocklington, A., Anderson, C., Bayes, A., Collins, M., Vickers, C., Croning, M., Malik, B., Choudhary, J., Armstrong, J., & Grant, S. (2008). Evolutionary expansion and anatomical specialization of synapse proteome complexity Nature Neuroscience, 11 (7), 799-806 DOI: 10.1038/nn.2135

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