"Muß ewiges Leben sinnlos sein?"

So fragt ein Aufsatz im "European Journal of Philosophy"

"Schließlich waren es die Sonntagnachmittage, mit denen er nicht zu Rande kam," so heißt es unter anderem in der wilden Science Fiction-Satire "Das Leben, das Universum und der ganze Rest" (Wiki) von Douglas Adams (1952-2001) (Wiki) aus dem Jahr 1982, in jener Holterdipolter-Sciece-Fiction-Satire, in der der Protagonist Arthur Dent - zur Abwechslung - einmal durch einen dummen Zufall Unsterblichkeit erlangt hat. Adams spinnt diesen Gedanken - wie langweilig es wäre, Unsterblichkeit zu besitzen - noch länger aus (1).

An diesen Roman knüpft ein Aufsatz von Seiten eines britischen Philosophen an (2). Schon im Titel desselben wird die Frage gestellt "Muß ewiges Leben sinnlos sein?" Für sich genommen vermutlich ein spannendes Thema. Es fragt sich nur, ob ein satirischer, zumeist nur oberflächlich-witziger Roman der Pop-Kultur aus dem Jahr 1982 wirklich der beste Ausgangspunkt ist, um eine solche, doch eher tiefer angelegte philosophische Frage anzugehen.

Auch ist die Frage, ob eine materialistisch-atheistische Weltanschauung hier nicht in ihr innewohnende Widersprüche gerät und geraten muß, wenn sie diese Frage beantworten will. Womöglich wird genau dieser Umstand mit der philosophischen Diskussion, in die der hier genannten Aufsatz eingreift, aufgezeigt.

Insgesamt handelt es sich hier um ein Thema, mit dem wir uns bei Gelegenheit noch einmal gründlicher beschäftigen sollten. In diesem Beitrag soll auf diesen Aufsatz aber zunächst nur hingewiesen werden und auf die beiden weiteren philosophischen Texte, auf die er sich bezieht (3, 4).

Über die Bedeutung des Alterstodes aus naturwissenschaftlicher Sicht hat sich schon einer der Begründer der Evolutionsbiologie, August Weismann (1834-1914), Gedanken gemacht, als er über die Trennung von Keimbahn und Soma nachdachte, also über die Zelldifferenzierung zwischen Keimzellen (Fortpflanungszellen) einerseits und den übrigen Körperzellen (Soma) andererseits. In diesem Zusammenhang wies er darauf hin, daß die Keimzellen jene potentielle Unsterblichkeit behalten, die auch alle Einzeller besitzen, während die die ausdifferenzierten Zellen eines vielzelligen Körpers dem Altertod, der gesetzmäßigen Sterblichkeit unterliegen.

In seinen berühmten "Vorträgen über Deszendenztheorie" spricht Weismann von der ersten Leiche in der Evolution, nachdem er von dem evolutiven Übergang von der einzelligen Zellalge Eudorina zu dem frühen Vielzeller Volvox gesprochen hatte. Volvox umkleidet seine Fortpflanzungszellen mit einer ersten äußeren Schicht von Körperzellen, die "gestorben" zu Boden sinken, wenn die Fortpflanzungszellen erneut ausschwärmen.

An diese Erkenntnis von August Weismann ist schon 1921 von Seiten der Philosophie angeknüpft worden und ein ganz neuer philosophischer Entwurf formuliert worden (5). Dieser philosophische Entwurf steht allerdings vom Gehalt seiner Aussage her in einem deutlicheren Gegensatz zur Pop-Kultur von heute.

August Weismann - Richard Dawkins - Douglas Adams

Zuletzt sind auf dem Wissenschaftsblog "WeiterGen" solche Fragen angesprochen worden im Zusammenhang mit der seltenen Krankheit des beschleunigten Alterns (6).

Douglas Adamas hat sich als Atheist verstanden und als Anhänger des Evolutionsbiologen Richard Dawkins. Dawkins hinwiederum hat sein jüngst erschienenes Buch "Gotteswahn" Douglas Adams gewidmet.*)

Die genannte fiktive Geschichte von Adams (1) handelt also von einem unsterblichen Menschen und dreht sich um die Frage, mit welchen Vorhaben dieser Mensch versucht, seinem ewigen Leben Sinn zu geben. Und im Anschluß daran wird die Themenstellung des Philosophie-Aufsatzes folgendermaßen umrissen (2):

Viele heutige Philosophen, insbesondere Bernard Williams (1973) und Adrian Moore (2006) sehen an dieser Stelle ein grundlegendes Problem. Sie sehen es als unmöglich an, daß irgendjemand mit Unsterblichkeit umgehen könne, und sei es auch nur in einem geringen Umfang.

Many contemporary philosophers, notably Bernard Williams (1973) and Adrian Moore (2006), see a conceptual problem here. They cannot conceive how anyone could cope with immortality, even in the rather minimal sense.

Der Autor glaubt dann, seine Leser von folgendem überzeugen zu können (2):

Ein ewiges Leben, so argumentiere ich, kann sinnvoll sein und (...) wird sinnvoller sein als es jedes endliche Leben sein könnte, weil es frei ist von der Bedrohung durch die Sinnlosigkeit, von der keine Form von endlichem Leben entlastet werden kann. Wir haben deshalb Gründe dafür, nach einem ewigen Leben zu streben, das unter diesen Umständen gelebt werden kann.

An eternal life, I argue, can be meaningful and (...) will be more meaningful than any finite life could be, because free from a threat to meaningfulness that cannot be removed from any finite life. We therefore have reason to want eternal life lived under these circumstances.

Ein "ewiges Leben" also wäre - so der Autor - viel eher frei von der Bedrohung durch die Bedeutungslosigkeit, von der ein sterbliches Leben bedroht wäre. Er beginnt das Argument seines Aufsatzes mit dem Gedanken, daß man die Aussicht auf den sicheren Tod als sehr "sinnlos" empfinden kann. Dafür kann er natürlich viele berühmte Zeugen aufführen, angefangen bei "Hamlet" von William Shakespeare. Weil ein endliches Leben nicht nur einem "Hamlet" sinnlos erscheint, erscheinen dann Argumente dafür, daß ein ewiges Leben im Gegensatz dazu sinnvoller wäre, plausibel - nach Meinung des Autors.

[Ergänzung 17.3.2020] Beim nochmaligen leichten Überarbeiten dieses Blogbeitrages kommt uns der Gedanke, ob ein Wurzeln im Geist der Pop-Kultur der 1980er Jahre, die sich mit Richard Dawkins irreführendem Buchtitel "Das egoistische Gen" sogar recht weit bis in die empirischen Wissenschaften hinein erstreckte, vielleicht doch nicht so hilfreich sind, um für die hier gestellten Fragen eine letztlich hilfreiche Antwort zu finden. Insbesondere, so wird uns hier deutlich, erläutert der Roman von Douglas Adams ja so einigermaßen jenen Geist der Pop-Kultur, aus dem heraus Sachbücher wie "Das egoistische Gen" den Stand der naturwissenschaftlichen Altruismus-Forschung "geframed" haben (nämlich versimplifizierend Altruismus als angeblich versteckten Egoismus umgedeutet haben). - Es dürfte wirklich bald einmal an der Zeit sein, jene damalige angebliche Entzauberung der Verzauberung zu entzaubern. Ähm.

/leicht
überarbeitet:

17.3.2020/

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*) Douglas Adams war dem Verfasser dieses Beitrages bis zum Verfassen dieses Beitrages im Jahr 2009 ganz unbekannt. Dieser Beitrag hatte Anlaß gegeben, sich einmal Adams' erstes Buch "Per Anhalter durch die Galaxis" (1979) anzuschaffen. Weiter ist der Verfasser dieses Beitrages allerdings auch bis 2020 nicht gekommen mit der Lektüre. Obwohl der Roman einen Anfang hat angefüllt mit herrlichem britischen Humor, fesselt doch der ganze übrige "Science Fiction"-Stoff  - trotz des weiter eingestreuten Humors und manches eingestreuten Tiefsinns - insgesamt nicht so, daß es leicht wäre, an der Lektüre dran zu bleiben. Insgesamt hinterlassen die Bücher von Adams womöglich doch einen schalen Beigeschmack. (Aber vielleicht wird dieser Eindruck dem Werk von Adams auch noch nicht ausreichend gerecht.)
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1. Adams, Douglas: Das Leben, das Universum und der ganze Rest. 1982 (GB)
2. Timothy Chappell (2009). Infinity Goes Up On Trial: Must Immortality Be Meaningless? European Journal of Philosophy, 17 (1), 30-44 DOI: 10.1111/j.1468-0378.2007.00281.x
3. Williams, B. (1973), ‘The Makropoulos Case: Reflections on the Tedium of Immortality’, in his, Problems of the Self: Philosophical Papers 1956–1972. Cambridge: Cambridge University Press: 82–100
4. Moore, A. (2006), ‘Williams, Nietzsche, and the Meaninglessness of Immortality’, Mind, 115: 311-330
5. Ludendorff, Mathilde: Triumph des Unsterblichkeitwillens. 1921
6. Maier, Tobias: Die Seltsame Krankheit des Benjamin Button, 20. Februar 2009, http://scienceblogs.de/weitergen/2009/02/die-seltsame-krankheit-des-benjamin-button/

Der Buntbarsch, der Gentleman

In dem Buch "Life's Solution - Inevitable Humans in a Lonely Universe" (2004) (inzwischen auch auf Deutsch erschienen) nennt Simon Conway Morris als eines unter unzähligen anderen Beispielen für "konvergente Evolution" die Evolution arbeitsteiliger Gesellschaften, und zwar nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Insekten oder den Nacktmullen. Seine Aufzählung war aber noch nicht vollständig. In den letzten Jahren wurden auch arbeitsteilige Gruppen bei den ostafrikanischen Buntbarschen festgestellt. Hier gibt es Gruppen von bis zu 30 oder mehr Einzeltieren, die sich arbeitsteilig gliedern und ein gemeinsames Territorium verteidigen. Zum Beispiel bei der Art Neolamprologus tetracanthus (siehe Bild).

Die ostafrikanischen Buntbarsche allgemein sind ja auch deshalb von so großem Interesse, weil sie ein Beispiel für "jüngste Evolution", also innerhalb der letzten Jahrzehntausende sind. (Siehe frühere Beiträge auf Stud. gen..) Denn viele ostafrikanische Seen mit ihrer einzigartigen Buntbarsch-Artenfülle waren vor wenigen tausend, bis zehntausenden Jahren ausgetrocknet.

Eine spannede Studie in der Zeitschrift "Journal of Ethology" (1) berichtet: Bei Neolamprologus tetracanthus verteidigt ein Buntbarsch-Männchen ein Revier, das aus den Territorien mehrerer seiner Buntbarsch-Weibchen besteht. Aber das Männchen selbst meidet die Jagd-Territorien der eigenen Weibchen (die es jedoch gegen Fremde verteidigt), wenn es selbst auf Jagd geht. Also offenbar ein Verhalten, "gentleman-like" wie es gar nicht besser sein kann.

Im folgenden die Skizze der Territorien-Aufteilung nach der genannten Studie. Die dicken durchgezogenen Linien sind die Territorien der Männchen mit Harem, die dicken gestrichelten Linien die der Männchen ohne Weibchen. Die dünnen Linien sind die Territorien der Weibchen:

In der Zusammenfassung des Artikels heißt es:

We studied foraging site partitioning between the sexes in Neolamprologus tetracanthus, a shrimp-eating Tanganyikan cichlid with harem-polygyny. Females maintained small territories against heterospecific food competitors within large territories of males, foraging exclusively at the inner side of their own territories (foraging areas). Males fed as frequently as females in their own territories, but mostly outside female foraging areas, although they frequently entered female territories and repelled food competitors from the territories. Soon after removal of the resident females, however, harem males, as well as many food competitors, invaded the vacant territories and intensively devoured prey of female foraging areas. This indicates that although female foraging areas appear to contain more food than outside the areas, harem males refrained from foraging there when the resident females were present. We suggest that harem males will attempt to keep female foraging areas in good condition, whereby they may get females to reside in male territories and/or promote female gonadal maturation.

Und im Diskussionsteil heißt es:

Although harem males entered female territories without receiving any agonistic behavior from the territory owners, they did not forage actively in female foraging areas when females were present. However, after female removal, the males intensively foraged in female foraging areas of the vacant territories, indicating that the presence of females discouraged males from feeding in the foraging areas.

Sicherlich werfen diese arbeitsteiligen Buntbarsch-Gesellschaften noch viele weitere Forschungsfragen auf. Auch wird erkennbar, daß "Single-Mütter" bei Buntbarschen (siehe Stud. gen.) möglicherweise in einem Kontinuum von verschiedenen Formen der Kooperation zwischen Männchen und Weibchen bei Buntbarschen angesiedelt sein können - und vielleicht gar nicht einmal im strengen Sinne "Single-Mütter" sein müssen.

/ Leicht überarbeiteter Beitrag aus dem alten Blog "Studium generale". /

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1. Kazunori Matsumoto, Masanori Kohda (2006). Male foraging avoidance in female feeding territories in a harem polygynous cichlid in Lake Tanganyika Journal of Ethology, 25 (1), 21-27 DOI: 10.1007/s10164-006-0200-z

Darwin, das hättest Du nicht gedacht, oder?

Die verrückte Evolution der Buntbarsche

Hier soll auf einen jener Artikel aufmerksam gemacht werden, die derzeit besonders dicht an innovative Forschungen in der Biologie heranführen. Erschienen am 16. Dezember 2008. (1) (frei zugänglich --> pdf.) Er fragt nach den Ursachen der Artbildung bei den Buntbarschen.

Natürlich ist schon seit längerem bekannt, daß die Erforschung der ostafrikanischen Buntbarsche, die Erforschung von "Darwin's Traumsee", allerhand zu bieten hat: Schnelle Evolution von vielen Arten auf engem Raum von nur wenigen Ausgangsarten abstammend und gefähr in der gleichen Zeitspanne, in der die menschlichen Völker und Rassen evoluiert sind. Und merkwürdigerweise sogar eben dort, wo auch die Evolution des Jetztmenschen ihren Ausgang nahm: in Ostafrika. Was aber manchem noch entgangen sein könnte bislang, das sind die jüngsten, recht bedeutenden Fortschritte auf diesem Forschungsgebiet. Über diese kann man sich in dem genannten Review-Artikel des Konstanzer Buntbarsch-Spezialisten Axel Meyer und Koautor informieren. (Zu Axel Meyer allgemeiner, auf St.gen. --> hier.)

1. Kreuzungen zwischen Buntbarsch-Arten oft möglich

Hier soll kurz referiert werden, was man diesem Artikel an Neuem entnehmen kann, was bislang noch nicht so deutlich bekannt war. Das sind vor allem Fragen genetischer Ähnlichkeit und Unterschiedlichkeit. Da ist zum einen die Tatsache, daß viele Buntbarsch-Arten miteinander gekreuzt werden können, zumindest unter Laborbedingungen, daß also die Artgrenzen hier mitunter noch nicht so streng sein müssen wie zwischen vielen anderen Arten sonst im Organismen-Reich. Das wäre ein weiterer Hinweis darauf, daß wir hier der Evolution ziemlich gut "in die Karten" schauen können.

2. Buntbarsch-Arten sind sich genetisch ähnlicher als Menschen unterschiedlicher Ethnien

Was aber vor allem ganz neu ist, das sind die Ergebnisse von vergleichenden Genom-Studien zwischen verschiedenen Buntbarsch-Arten, vor allem von fünfen derselben durch eine Arbeitsgruppe, und die anschließenden Fragen und Forschungen, die sich daraus weiter ergeben. Und darüber schreiben Meyer und Koautor nun:

These five species of Lake Malawi haplochromine cichlids were from as different lineages as can be found in this adaptive radiation and represented hugely different lifestyles and, yet, they were genetically more similar than humans of different ethnic groups or different laboratory strains of zebrafish. Because of the remarkable genetic homogeneity of cichlids, the large numbers of genetically extremely similar species of haplochromine cichlids have long been called natural experiments or ‘natural mutagenesis screens’.

Das heißt also, die untersuchten fünf Buntbarsch-Arten, die unterschiedlicher nicht sein können von ihren Lebensweisen und Morphologien her gesehen, sind sich genetisch ähnlicher als Menschen unterschiedlicher ethnischer Gruppen. Also: eine große genetische Ähnlichkeit trotz großer morphologischer und verhaltensmäßiger (phänotypischer) Unähnlichkeit. Und jetzt stellt sich natürlich die Frage, wie die Evolution hier arbeitet, und ob die Evolution nicht immer und überall schon so gearbeitet hat, allerdings selten so gut beobachtbar wie hier, in "Darwins Traumsee(n)".

3. Wie funktionieren die "regulativen Elemente" des Genoms?

Wenn also die Ursachen für die Unterschiede zwischen den Buntbarsch-Arten gar nicht so arg leicht in unterschiedlichen Protein-kodierenden Genomsequenzen selbst zu finden sind - wo wohl dann? Nun, wir wissen spätestens seit Sean B. Carroll, daß es da noch mehr geben muß. Kein Wunder also auch, daß sich die Aufmerksamkeit der Buntbarsch-Forscher auf die "regulativen Elemente" des Genoms richtet. Meyer und Koautor schreiben:

The evolution of regulatory elements is believed to be a particularly fast and effective means of very rapid phenotypic diversification.

Und an dieser Stelle zitieren sie einen Aufsatz von Sean B. Carroll in "Cell", auch von 2008, den man sich noch einmal genauer wird anschauen dürfen. (Sie schreiben dazu: "The author develops verbal models of the genetic basis of phenotypic diversification." - Soll wohl im Klartext heißen: "verbal models" und sonst leider noch nicht sehr viel mehr.) (frei: pdf.) - Dann weiter:

Larger, more representative data sets on regulatory elements and their evolution in cichlid genomes are still lacking, so it is not clear at this point as to whether there is anything special happening in the genomes of cichlids in regard to regulatory evolution. The limited information on this that has been collected so far would appear to suggest that the presence/absence of putative regulatory elements and even micro-RNA is variable and that those regulatory mechanisms are possibly rather quickly evolving, particularly in terms of neo-functionalization and the complementary fixation of regulatory elements in duplicated genes.

4. Wo und wie ist genetisch und epigenetisch die Entwicklung der Neuralleiste verschaltet?

Und dann werden sie noch konkreter in ihren Vermutungen, indem sie auf die Besonderheit der Zellen der Neuralleiste ("neural crest") zu sprechen kommen, einer bestimmten Zellschicht im Embryo von Wirbeltieren, auf deren unterschiedlicher weiterer Entwicklung offenbar besonders viele morphologische Unterschiede zwischen Buntbarsch-Arten zurückgeführt werden könnten:

Many of the above-mentioned phenotypic features that are unique to cichlid fishes, namely, morphologies of craniofacial structures (e.g. lips, jaw-shapes, and toothshapes) and body color variation, can be attributed to the patterns of differentiation of neural crest cells. In vertebrate embryos, neural crest cells, that delaminate from dorsal neural fold, migrate to programmed sites, where they differentiate into cephalic skeletal element (e.g. jaws), color pigments such as melanocytes and so on. In general, neural crest cells strongly contribute to the species-specific morphology of craniofacial regions of vertebrates.
However, although the molecular regulatory factors for migration and differentiation of neural crest cells are relatively well studied, this aspect of cichlid biology has not been explored sufficiently. The first developmental studies about jaw and teeth development in cichlids through QTL analyses pointed toward a strong contribution of bone morphogenetic protein 4 (bmp4). These types of experimental approaches that use QTL or association analyses with genetic maps or entire genomic sequences promise in the near future to increase our understanding of molecular genetic basis of the rapid adaptive radiation of this fascinating group of organisms.

Also viele der unterschiedlichen morphologischen Merkmale der Buntbarsch-Arten scheinen zurückgeführt werden zu können auf unterschiedliche Entwicklungswege, die schon in der embryonalen Phase eingeschlagen werden besonders in der genannten Neuralleiste (Wiki, Wiki engl.)

Zur Abbildung: Konvergente Evolution von Buntbarschen im Tanganijka- und Malawi-See. - Das Spannende: Genetisch ähnelt jede Art den anderen Arten in ihrem eigenen See, morphologisch jedoch einer konvergeten Art in dem anderen See. - Darwin, das hättest Du nicht gedacht, oder? - Wahnsinn. (Doch, wer weiß, Darwin war Lamarckist ...)

5. Und dann noch - - - konvergente Evolution in der "Hexenküche" Darwin's (oder Lamarcks?)

Und dann behandeln Meyer und Koautor Fragen von konvergenter Evolution, Parallelevolution, ohne Simon Conway Morris überhaupt nur zu erwähnen. Und zwar dies unter der vielsagenden Kapitelüberschrift:

Empty morpho-space and massive parallel evolution through re-awakening of developmental programs?

Das sind die gleichen Fragen, die sich auch Conway Morris in seinem Buch gestellt hat (ein Buch, das Meyer für seine Kolumne "Quantensprung" allerdings nicht genau genug gelesen zu haben scheint). Und sie schreiben dann:

Did evolution reuse the same developmental pathways to come up independently with similar developmental outcomes or did it find alternative ways to respond to similar ecological challenges? Our bet would be that evolution reawakened developmental pathways independently.

Jedenfalls haben sie sicherlich vollkommen recht, wenn sie schreiben:

The recognition that cichlid species flocks also provide a textbook example of parallel evolution or convergence opens up very interesting future research directions that can be addressed only through comparative developmental and genomic approaches.

Viele der in diesem Review-Artikel zitierten Arbeiten dürften ebenso spannend sein, wie der Review-Artikel selbst, vor allem die diversen genetischen. Und wir kommen, wenn möglich, auf den einen oder anderen von ihnen noch einmal zurück.

Zwölf Jahre später ....

Ergänzung 29.8.2020: Zehn bis zwölf Jahre später erklärt man die überraschende Artenexplosion der ostafrikanischen Buntbarsche mit einer (2)

Kombination aus ökologischen Möglichkeiten, sexueller Selektion und außergewöhnlichem genomischen Potential.
("combination of ecological opportunity, sexual selection and exceptional genomic potential")

Das außergewöhnliche genomische Potential besteht unter anderem in einer jeweils neuen Nutzung alter Haplotypen, bzw. in neuer Kombination, es ist die Rede von ... (2):

... einer außerordentlich hohen Dichte alter Indel-Polymorphismen, von denen viele zu tun haben mit ökologischer Anpassung. Ohne diese genetische Variation, (...) die in vielen unterschiedlichen Weisen rekombiniert werden konnte, (...) wäre die Zahl der neuen Arten (...) sehr viel begrenzter gewesen.
("Our results suggest that simultaneous divergence in diet and macrohabitat occurred and that this divergence depended critically on the exceptional genomic potential of these cichlids. This genomic potential is driven by an extraordinarily high density of ancient indel polymorphisms, many of which are directly linked to ecological divergence. Without this genetic variation, which consists of many ancient haplotypes that affect ecology and mating and could be recombined in many different ways to create the highly polygenic genomic architecture of this radiation, the number of new species that could have evolved and persist in sympatry in the 15,000 years since the filling of the lake would likely have been much more limited. Adaptive radiation across the food web would have been much slower, and very possibly never have occurred in the limited time, had these transitions been dependent on waiting times for new mutations.")

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1. S KURAKU, A MEYER (2008). Genomic analysis of cichlid fish ‘natural mutants’ Current Opinion in Genetics & Development, 18 (6), 551-558 DOI: 10.1016/j.gde.2008.11.002
2. The ecological and genomic basis of explosive adaptive radiation. Matthew D. McGee, Samuel R. Borstein, Joana I. Meier, David A. Marques, Salome Mwaiko, Anthony Taabu, Mary A. Kishe, Brian O’Meara, Rémy Bruggmann, Laurent Excoffier & Ole Seehausen. In: Nature (2020), Published: 26 August 2020, https://www.nature.com/articles/s41586-020-2652-7

"CpG-Strände" - der Ort, wo Evolution vor allem stattfindet im Genom?

Wo im Genom findet Evolution, Artbildung statt? Wo finden wir hierfür die wichtigsten, entscheidenden Signale? Auch die Signale für die genetischen Unterschiede zwischen Individuen und Unterarten (Rassen)? Offenbar kommt die Forschung immer näher an die eigentlichen Signale heran. Viele Jahrzehnte glaubte man, daß Evolution vornehmlich durch Mutationen geschehen würde, die weitgehend gleichmäßig über das ganze Genom verteilt auftreten würden und die vor allem die Molekül-Struktur der in den Organismen tätigen Funktions-Eiweiße verändern würden.

Das Wechselspiel zwischen Zellvermehrung und Zelldifferenzierung

Da der Schreiber dieser Zeilen in seinem dritten Lebensjahrzehnt oft seinem Onkel zugehört hat, dem 1996 verstorbenen Konstanzer Biophysiker und Zellphysiologen Gerold Adam (1933-1996) (Wiki) (siehe Bild), der sich schon früh mit genau diesen Fragen beschäftigte, verfolgt er auch dessen Forschungsgebiet immer mit großem Interesse mit. Gerold hatte schon früh die Diskussionen rund um Motoo Kimura, Susumo Ohno oder etwa Allan C. Wilson rezipiert und war mit seiner Arbeitsgruppe bei seinen zellphysiologischen Untersuchungen der Frage auf der Spur, wie das Wechselspiel von Methylierung und Demethylierung bei der Ausreifung von Körperzell-Typen nicht nur diese Ausreifung von Körperzell-Typen erklären könne, sondern den Ablauf der Evolution im Großen überhaupt. Er verfolgte die Hypothese, daß bei der embryonalen Entwicklung zunächst Gene angeschaltet (demethyliert) werden, die vor allem der Zellvermehrung dienen, und daß später immer mehr diese Gene wieder abgeschaltet werden (methyliert werden) und stattdessen Gene angeschaltet werden, die der Zelldifferenzierung dienen.

Und er ging davon aus, daß bei Krebszellen in ausdifferenzierten Geweben wieder vermehrt Gene zur Zellvermehrung abgelesen werden würden. / Inzwischen (2025) scheint das zu nicht geringen Teilen schon Lehrbuchwissen zu sein (s. Wiki). /

Abb. 1: Gerold Adam

Für ihn war Evolution überhaupt ein solches Schwanken zwischen Zuständen der Zellvermehrung und Zuständen der Zelldifferenzierung. Und nach dem Haeckel-Prinzip, daß Ontogenese die Phylogenese rekapituliert, können wir vergleichend sagen, daß wir auch in unserem persönlichen Leben uns immer wieder entscheiden können: Wollen wir vor allem jene biologischen Reaktionen in unserem Körper zulassen, die der Vermehrung und Weiterexistenz unserer Gene dienen? Oder wollen wir an der Auslösung jener biologischen Reaktionen "arbeiten", uns um sie bemühen, die der Ausdifferenzierung, Sublimierung unseres individuellen, einzigartigen Erlebens dienen? Beides findet, wie wohl jeder schon an sich erfahren hat, nicht unabhängig voneinander statt, sondern in einem differenzierten Wechselspiel miteinander.

/ Wie individuelle Lernerfahrungen in Korrelation stehen zu Genmethylierung ist in Teilen auch schon verstanden (s. Wiki). /

Und Gerold ging davon aus, daß das Schwanken um diese beiden Lebenszustände das ist, was Evolution im tiefsten Inneren ausmacht, das Wechselspiel zwischen mehr "Keimbahn-gesteuertem" Verhalten und mehr "Soma-gesteuertem", also letztlich Großhirn-gesteuertem Verhalten. (Er erinnerte dabei auch an die Theorie zur "Germinal-Selektion" des späten August Weismann, in der ein ähnliches evolutionäres Schwanken zwischen zwei Zuständen postuliert wurde.)

Evolution der Genablese-Steuerung, nicht der Gene selbst

Evolution also, so erkennen wir heute von Tag zu Tag besser, findet nicht vor allem in den Genen selbst statt, die zumeist sehr konservativ im Genom gespeichert vorliegen, oft von den frühen Wirbeltieren an oder noch früher. Man vergleiche etwa beispielhaft nur das auch komplexes Sozialverhalten mitbestimmende Vasopressin-Rezeptor-Gen über die gesamte Wirbeltier-Reihe hinweg. Evolution findet spätestens bei den Wirbeltieren statt vor allem in jenen Bereichen, die den Abruf dieser Gene steuern, ihren Methylierungs- bzw. Demethylierungszustand, und zwar sowohl im zeitlichen Verlauf der Individualentwicklung eines Organismus wie dabei jeweils in der Menge des durch diese Ablesung produzierten Eiweißmaterials.*)

Aber wie dieser Abruf der Gene gesteuert wird, und zwar zugleich zwischen den Arten und Individuen genetisch unterschiedlich vererbt (!), das ist noch bis heute nicht wirklich von der Genetik verstanden. Dies ist ein Forschungsgebiet, das wahnsinnig spannend ist, weil es zugleich so grundlegend ist. Der Abrufzustand der Gene wird also vor allem durch Methylierung und Demethylierung gesteuert. Wenn durch den Ableseapparat des Genoms an eine Cytosin-Guanosin-(CG-)Basensequenz im Genom eine Methylgruppe drangehängt wird, dann wird das zu dieser CG-Basensequenz zugehörige Gen nicht abgelesen, wird die Methylgruppe entfernt (demethyliert), dann wird das Gen abgelesen. Im Genom hat man nun sogenannte CpG-Inseln ("CpG-Islands") entdeckt, wo es eine größere Häufigkeit von Cytosin-Guanin-Basensequenzen gibt, und die vor allem den Abrufzustand der in ihrer Nähe liegenden Gene steuern sollen.

Die Arbeitsgruppe des Genetikers Svaante Pääbo in Leipzig war zum Beispiel vor einigen Jahren eine der ersten, die a) über weite Genomstrecken hinweg und b) in verschiedenen Zelltypen c) artvergleichend Methylierungsmuster erforschte und dabei herausbekam, daß sich das Methylierungsmuster von Mensch und Schimpanse im Zelltyp "Hoden" mehr unterscheidet als im Zelltyp "Gehirn", also mehr unterschiedliche Gene im Hoden als im Gehirn abgelesen werden. Dies war ein sehr "counter-intuitives", unerwartetes Ergebnis. Möglicherweise, so könnte man nun vermuten, waren aber auch diese Studien noch zu ungenau, da sie vor allem die Methylierungsmuster in den sogenannten "CpG-Inseln" erforschten, nicht in ihrer näheren und weiteren Entfernung.

Andrew Feinberg in Baltimore, Maryland/USA

Nun kommt aber vor allem eine Forschungsgruppe um Andrew Feinberg in Baltimore, Maryland/USA daher (siehe Bild) und entdeckt, daß die Methylierungsmuster auf den sogenannten CpG-Inseln im Genom von Wirbeltieren noch nicht die wichtigsten sind, sondern daß jene in um diese CpG-Inseln herum gestreuten Bereiche, die nun von dieser Gruppe neu "CpG-Strände" ("CpG-Shores") genannt werden, besonders Art- und Zelltyp-Unterschiede erklären können, auch die besonderen Eigenschaften von Krebszellen besser verständlich machen können.

Abb. 2: Andrew Feinberg

Zunächst ein offenbar gut informierter journalistischer Bericht (Sciencecentric.com):

Feinberg explains that the discovery is more than academic since it may shift the current focus away from the islands to thousands of new sites scattered throughout the genome, each with the potential to serve as novel targets for studying the development of tissues, organs and animals, and for treating diseases such as cancer already known to involve methylation chemistry. (...)

The researchers performed their comprehensive survey in human brain, liver and spleen tissues obtained from five autopsies, identifying 16,379 methylated regions using a new method that searches all DNA, not just CpG islands.

To their surprise, the researchers discovered that about 76 percent of the genome's methylated sites occur a short distance away from the islands, between 200 and 2,000 kilobases away. In contrast, only 6 percent of methylated sites were situated inside CpG islands. Because of the newly discovered sites' proximity to the islands, the researchers named them CpG shores.

'This finding is so unexpected because CpG islands are the areas where scientists have really concentrated their research,' Feinberg says. (...) Feinberg's group found that cancer cells had a roughly equal number of more-methylated and less-methylated sites than the normal cells.

Ähnlich noch einmal in einem anderen Bericht (Biotechnews.com.au):

They found to their surprise that about 76 per cent of methylation sites occur a short distance away from CpG islands, with only six per cent found within the islands themselves.

Soeben ist ja auch eine aufsehenerregende Studie erschienen, die die Methylierungsmuster zwischen eineiigen und zweieigen Zwillingen vergleicht. In dem nächsten Zitat wird aber auch zu dieser Studie aus der Sicht der Erforschung von CpG-Stränden gleich wieder Einschränkendes gesagt. Auf Sciencenews.org erfahren wir dazu nämlich unter anderem:

“This is a discovery that is totally unexpected,” says Ohlsson. Feinberg and his colleagues have found “a signature of the genome that we weren’t aware of before.” (...)

About 51 percent of the shores methylated in mouse tissues were also methylated in human tissues, indicating that DNA methylation of CpG island shores is an ancient, and important, method of controlling genes, Feinberg says. (...)

Unpublished research conducted by Dag Undlien of the University of Oslo, while on sabbatical in Feinberg’s lab, indicates that monozygotic twins share more shore methylation patterns than dizygotic twins do, and are even more similar than Petronis’ research suggests, Feinberg says.

Feinberg thinks evidence from his lab, though preliminary, indicates that DNA sequence does help determine epigenetic patterns. He calls Petronis’ report, “a terribly interesting paper,” but adds, “I think there may be a stronger genetic contribution than is suggested by his data.”

Weitere Berichte: Genomeweb , Sciencecentric. Man darf hochgradig gespannt sein, was sich auf diesem Gebiet in der nächsten Zeit noch tun wird, zumal gegenwärtig nach Axel Meyer (Konstanz) auch sechs Buntbarsch-Genome vollständig sequenziert werden und man durch den Vergleich zwischen diesen den Mechanismen ihrer explosiven und zugleich konvergenten Artbildung in den letzten 100.000 Jahren in Ostafrika besser auf die Spur wird kommen können.

Ergänzung 18.9.2020: Gerade ist ein Aufsatz erschienen mit dem Titel "Ist CpG-Dichte der Link zwischen epigenetischem Altern und Lebensdauer?", in der Zeitschrift "Trends in Genetics".

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*) Man muß also immer aufpassen, wenn so schlankweg und undifferenziert von "Genen" gesprochen wird - auch hier auf dem Blog in unzähligen Beiträgen. Denn allzu oft unterscheiden sich die eigentlichen Protein-kodierenden "Gene" zwischen einzelnen Menschen und Arten nur wenig. Vor allem unterscheiden sich die davor geschalteten Sequenzen, die ihre Ablesung steuern. Sie sind es zumeist, die entdeckt werden, wenn man wieder einmal ein "Gen für ..." irgend etwas entdeckt. Das sollte vielleicht künftig auch in der Wortwahl genauer unterschieden werden, um auch ein richtiges "Gefühl" dafür zu bekommen - und zu vermitteln -, wie Genome eigentlich funktionieren.

Noch genauer: Das "Gen", das über die Produktion von Vasopressin-Rezeptoren (größeren) Altruismus, (größere) eheliche Treue, (größere) tänzerische Begabung und noch einiges mehr hervorrufen kann, ist nur eine kleine Sequenz im Steuerungsbereich dieses Vasopressin-Rezeptor-Gens, das ansonsten in sehr ähnlichen Versionen alle Wirbeltiere haben. Und das "Gen", das an der gleichen Stelle im Steuerungsbereich bei anderen Menschen eher Verhalten Richtung Autismus und Egoismus hervorruft, ist ebenfalls nur eine leicht andere Sequenz im Steuerungsbereich dieses Vasopressin-Rezeptor-Gens.

Da sollten wohl erst einmal die Genetiker zunächst eine differenziertere Terminologie vorschlagen. Vielleicht ist es richtig, künftig Ablese-Gensequenzen vor allem "Gene" zu nennen, weil wir von diesen ja vor allem lernen, daß sie uns genetisch unterschiedlich machen, und daß wir für jene konservativen, Protein-kodierenden, bisherigen "Gene" einen neuen Begriff wählen sollten. Oder man unterscheidet zunächst vorläufig Ablese-Gensequenzen von Protein-kodierenden Genen. (Ähnlich dazu auch Axel Meyer am 4.9.08 in seiner Kolumne im Handelsblatt ---> pdf.. und in anderen Beiträgen.)

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Literatur:

1. Rafael A Irizarry, Christine Ladd-Acosta, Bo Wen, Zhijin Wu, Carolina Montano, Patrick Onyango, Hengmi Cui, Kevin Gabo, Michael Rongione, Maree Webster, Hong Ji, James B Potash, Sarven Sabunciyan, Andrew P Feinberg (2009). The human colon cancer methylome shows similar hypo- and hypermethylation at conserved tissue-specific CpG island shores Nature Genetics, 41 (2), 178-186 DOI: 10.1038/ng.298
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