Seeanemonen - In ihrem Genom schlummern mehr Fähigkeiten als sie zeigen

Schlummern in unseren Genomen unbekannte, nicht ausgeprägte Funktionen?

- Stellen nicht abgelesene Genom-Abschnitte eine Art "Spielwiese der Evolution" dar?

Der Konstanzer Biophysiker und Zellbiologe Gerold Adam (1933-1996) hat schon Anfang der 1990er Jahre die Regulation der Genablesung in lebenden Organismen über Methylierung und Demyethylierung erforscht. Ihm erschien es schon damals bedeutsam, daß ein großer Teil des Genoms eines einzelnen Organismus während seiner Lebensspanne gar nicht abgelesen wird, sondern "unabgelesen" im Organismus "ruht", "schlummert". Er vermutete schon damals gesprächsweise, daß in diesen nicht abgelesenen Genom-Abschnitten eine Art "Spielwiese der Evolution" vorliegen würde, so drückte er sich aus.

Abb. 1: "Vergangen aber nicht vergessen - Genom-Editierung läßt vergessenen Zelltyp wieder auferstehen" - In der Seeanemone Nematostella vectensis - Vortragsankündigung auf Facebook (Fb)

Und er mutmaßte, daß man hier künftig auch frühere Stadien der Evolution "wieder finden" würde können, also Gen-Funktionen, die von dem jeweiligen heutigen Organismen gar nicht mehr benötigt werden, die aber in früheren Stadien der Evolution von seinen Vorfahren gebraucht und benutzt worden waren (1). Er stellte sich das so vor wie etwa beim Axolotl, wo ja in der Larven-Phase auch zum Teil ganz andere Genomabschnitte in anderen Aktivitätsmustern abgelesen werden müssen als in der adulten Phase.

So viel es dem Autor dieser Zeilen aber bekannt ist, war in den 1990er Jahren noch kein guter Beispielorganismus bekannt, an dem aufgezeigt worden wäre, daß in ihm Gen-Funktionen tatsächlich schlummern, die im Leben des jeweiligen Organismus gar nicht abgerufen werden.

Nun berichtet aber der Biologe Reinhard Junker in dem auch sonst sehr lesenswerten Genesis-Newsletter (dessen christliche Orientierung man freilich in Rechnung stellen muß) über folgenden neuen Forschungen (2):

Lebewesen besitzen schlummernde Bauplanmodule, die im Normalfall nicht genutzt werden, aber unter bestimmten Bedingungen abrufbar sind. Wer hätte beispielsweise gedacht, daß manche krautige Pflanzen eine Art „Holzmodul“ besitzen, das sie unter bestimmen Bedingungen ausprägen können und dadurch verholzen? (Losos, JB, Glücksfall Mensch - Ist die Evolution vorhersehbar? 2018, S. 93). (...) Ein Bauelement, das durch einen Umweltreiz oder eine geringfügige genetische Änderungen fix und fertig abgerufen werden kann, war offenbar schon vorher da. (...) Über ein erstaunliches Beispiel eines latent (im Verborgenen) vorhandenen Organs bei Quallen berichtete kürzlich Leslie Babonis von der Cornell University auf der virtuellen Jahrestagung der Society for Integrative and Comparative Biology (Pennisi 2021).

Quallen sind berüchtigt wegen ihrer Nesselzellen, deren Stich Hautreaktionen und heftige Schmerzen verursachen. Babonis hat herausgefunden, daß ein einziger genetischer Schalter stechende Nesselzellen in Zellen umwandeln kann, die an einer Unterlage kleben können. Dies ermöglicht dem Tier, im Verlauf der Entwicklung von der frei beweglichen Larve zum festsitzenden (sessilen) Organismus neue Oberflächen zu besiedeln. Die Nesselzellen der Quallen haben mehrere Erscheinungsformen. Die Stachelzellen (Nematozyten) schießen winzige, giftbeladene Harpunen ab, während einige Nesselzellen in Seeanemonen und Korallen Fäden aus klebrigem Material absondern, mit denen sich die Tiere in Substraten wie Schlamm verankern können.

Babonis untersuchte mit ihrem Team die 5 cm lange, durchsichtige Seeanemone Nematostella vectensis. Die Forscher schalteten das Sox2-Gen aus, das bei vielen anderen Tieren für die neurale Entwicklung wichtig ist. Es zeigt sich, daß als Folge davon Nematozyten in den Tentakelspitzen krumme Harpunen ausbildeten, Nematozyten aber an der Körperwand fehlten; an ihrer Stelle wurden fette Nesselzellen, sogenannte robuste Spirozyten, ausgebildet, die (bei anderen Arten) für ihre Klebrigkeit bekannt sind.

Diese Zellen waren bei dieser Art bislang noch nie beobachtet worden. Offenbar hat das Sox2-Gen die Funktion eines Schalters. Wenn es aktiv ist, bilden sich Stachelzellen, andernfalls bilden sich Spirozyten, aber nur in der Körperwand. Ob Sox2 auch bei anderen Nesseltieren für die Spirozytenbildung wichtig ist, ist bisher nicht bekannt.

Solche Regulationsgene, die wie Schalter wirken, sind an sich keine neue Entdeckung; man kennt sie als homöotische Mutationen. Zum Beispiel können durch solche Mutationen die Antennen eines Insektes in Beine umgewandelt werden. Ein neuer Befund ist jedoch, daß solche Änderungen auch bei als einfach geltenden und stammesgeschichtlich an der Basis stehenden Formen vorkommen. „Man erwartet normalerweise nicht, daß Organismen in der Lage sind, Organe zu produzieren, die sie normalerweise nicht entwickeln“, kommentiert Nicole Webster, Evolutionsbiologin an der Clark University (Pennisi 2021). (...) Das plötzliche Auftreten der Klebzellen (Spirozyten) ist ein eindrucksvolles Beispiel dafür, daß Lebewesen Bauplanmodule gleichsam in petto haben, die bereits fertig ausgebildet sind und auf Abruf bereit stehen. Dabei spielt es nur eine untergeordnete Bedeutung, ob es sich bei den experimentell umgewandelten Nesselzellen um echte Spirozyten handelt. Die Information zur Ausbildung dieser spezialisierten Zellen war in jedem Fall bereits vorhanden. (...)

Es stellen sich neue Fragen: Wie sind die spezialisierten Typen der Nesselzellen ursprünglich entstanden? Wie konnte die Fähigkeit, Klebzellen zu bilden, in einem latenten Zustand erhalten bleiben?

Junker bezieht sich also auf einen Bericht im "Science-Magazin" (3). Und die von ihm aufgeworfenen Fragen dürften durchaus berechtigte Fragen sein. 

Aber natürlich wirft die Möglichkeit, daß die Natur so arbeitet, auch eine Frage dahingehend auf, inwiefern Erscheinungen konvergenter Evolution im Organismen-Reich jeweils tatsächlich als "konvergent" anzusehen sind oder ob da nicht Arten an unterschiedlichen Zweigen im Artenstammbaum einfach "nur" - unabhängig voneinander - ähnliche, archaisch entstandene und abgespeicherte Funktionen einfach nur "erneut" ab- und aufgerufen haben. In diesem Falle hätte die Evolution ja nichts "Neues" erfinden zu brauchen, sondern nur auf Altbewährtes, Abgespeichertes zurückgreifen brauchen.

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1. Adam, Gerold: Persönliche Mitteilungen, Anfang der 1990er Jahre
2. Junker, Reinhard: Seeanemonen: Evolution oder Abruf eines Programms? In: Genesis-Newsletter, 22.1.2021, http://www.genesisnet.info/index.php?News=285
   
3. Pennisi E (2021) Anemone shows mechanism of rapid evolution. Science 371, 221, https://www.science.org/doi/10.1126/science.371.6526.221
   

"Das Geheimnis aller Geheimnisse" - Ist der Schlüssel dazu von Charles Darwin gefunden worden?

Darwin's Kollege Richard Owen vertrat eine naturalistische aber nicht-darwinistische Theorie der Evolution, also quasi eine "Biologie ohne Darwin". Sollten sich moderne biologische Denker mehr an diesen Zeitgenossen Darwins, also mehr an Richard Owen erinnern?

Als das "Geheimnis aller Geheimnisse", als "the mystery of all mysteries" hatte Charles Darwin (1809-1882) (Wiki) die Frage danach bezeichnet, wie die immense Artenvielfalt auf dieser Erde entstehen konnte. Wir haben in der Schule und an der Universität inzwischen von vielen Versuchen gehört, dieses größte aller Geheimnisse zu entschlüsseln. Ist dieses Geheimnis aber wirklich mit den Lösungsvorschlägen von Charles Darwin entschlüsselt? Immer mehr Biologen zweifeln daran. In der Bewertung der Bedeutung dieser Frage war sich Darwin aber einig mit vielen der bedeutendsten Biologen seiner Zeit, darunter auch mit seinem Kollegen Richard Owen (1804-1892) (Wiki, engl).

Abb. 1: Richard Owen, 1883

Owen war sechs Jahre älter als Darwin. Und Owen übernahm nach Darwin's berühmter Reise mit der Beagle die Bearbeitung des Bandes über die Funde fossiler Säugetiere, die Darwin von seiner Reise mitgebracht hatte. Die beiden kannten und achteten einander somit schon sehr früh. Im Laufe der geistigen Auseinandersetzungen der nächsten Jahrzehnte anerkannte Owen zwar den Gedanken der Evolution. Er widersprach Darwin aber darin, daß die Hauptantriebskraft der Evolution die natürliche Selektion sei. Somit steht er - nach dem Titel einer Biographie über ihn - für eine "Biologie ohne Darwin". Über diese "Biologie ohne Darwin" ist aber zu sagen, daß sie den Evolutionsgedanken selbst voll anerkennt (1-3). Um eine Neubewertung des Lebens und Denkens von Richard Owen hat sich der niederländische Wissenschaftshistoriker Nicolaas Adrianus Rupke (geb. 1944) sehr verdient gemacht. Inzwischen heißt es auf dem englischen Wikipedia über Richard Owen (Wiki):

Ausgesprochen kritisch gegenüber Charles Darwin's Theorie der Evolution durch natürliche Selektion, stimmte er mit Darwin darin überein, daß Evolution als solche stattgefunden habe. Allerdings meinte er, dies habe in komplexerer Weise stattgefunden, als dies in Darwin's "On the Origin of Species" dargestellt worden war. Owen's Denken über Evolution kann als ein solches angesehen werden, das jene Themen vorweggenommen hat, die später im Zusammenhang mit dem Entstehen der Fachrichtung der "Evolutionären Entwicklungsbiologie" große Aufmerksamkeit gewonnen haben.
An outspoken critic of Charles Darwin's theory of evolution by natural selection, Owen agreed with Darwin that evolution occurred, but thought it was more complex than outlined in Darwin's On the Origin of Species. Owen's approach to evolution can be seen as having anticipated the issues that have gained greater attention with the recent emergence of evolutionary developmental biology.

Über die Fachrichtung der Evolutionären Entwicklungsbiologie (kurz "Evo-Devo") heißt es (Wiki):

Eine Gruppe von Philosophen und theoretischen Biologen (mit der Programmatik einer Erweiterten Synthese der Evolutionstheorie) benutzt den Begriff Evo-Devo auch als Bezeichnung für die Forschung zu der Frage, ob und wie die Prozesse der Embryonalentwicklung möglicherweise die Evolution der Organismen (Phylogenese) beeinflussen.

Es geht hier um die Frage, wie die Epigenetik des Embryos (die Gesetzmäßigkeiten der DNA-Methylierung) verändert werden kann von einer Generation zur nächsten, so daß über eine solche "Vererbung erworbener Eigenschaften" - vom Prinzip her - Artbildung stattfinden kann (4, 5). Wir erfahren (Wiki):

Rupke rehabilitierte mehrere Naturwissenschaftler des 19. Jahrhunderts, indem er ihre zeitgenössische Bedeutung rekonstruierte, darunter vor allem Richard Owen, der schon vor dem Erscheinen von Charles Darwins "The Origin of Species" eine naturalistische, wenn auch nicht-darwinistische Theorie der Evolution entwickelte.

Weiter heißt es über Rupke:

Gegenwärtig arbeitet er über eine Reihe nicht-darwinistischer Evolutionsbiologen des 19. und 20. Jahrhunderts - über die strukturalistische Tradition in der Biologie - beginnend mit dem Göttinger Medizinprofessor Johann Friedrich Blumenbach.

Abb. 2: Vorlesung von Richard Owen, 1850

In einer Rezension über die Erstausgabe des Buches von Rupke hieß es (3)*):

Unverdientermaßen ist Owen zu wenig bekannt, so zeigt Nicolaas Rupke auf. Wahr ist, daß Owen nicht anerkannte, daß neue Arten durch natürliche Selektion entstehen könnten. Aber Rupke macht klar, daß er darin mit Darwin übereinstimmte, daß Evolution selbst eine Tatsache ist. All seine Erfahrung lehrte ihn das.

Original: Nicolaas Rupke shows that Owen’s reputation is undeserved. Owen, it is true, did not accept that new species arose by natural selection. But, as Rupke makes clear, he agreed with Darwin that evolution was a fact. All his experience told him so.

Und weiter (3):

Owen stimmte aber mit Darwin nicht auf allen Gebieten überein. (...) Wie Goethe und andere deutsche Naturphilosophen glaubte er, daß die Evolution dadurch voranschreitet, daß eine innere Kraft den Archetyp der Wirbeltiere zu höheren und immer perfekteren Formen vorantreibt. Auch seinen einflußreichen Freunden schien dies ein sehr attraktiver Gedanke zu sein. Er war aber ein Greuel für Darwin und insbesondere für Huxley.

Yet Owen did not support Darwin fully. (...) Like Goethe and other German natural philosophers, Owen believed that evolution was progressive, an inner force pushing the vertebrate ‘archetype’ on towards higher and more perfect forms. This was an attractive idea too for his powerful friends, but anathema to Darwin and, in particular, Huxley.

Schon 1836 waren Owen und Darwin erstmals in persönlichen Austausch miteinander gekommen (Wiki):

In dieser Zeit sprach Owen von seinen Therorien, die von Johannes Peter Müller beeinflußt waren, daß lebende Materie eine "organisierende Energie" hätte, eine Lebenskraft, die dem Wachstum des Gewebes eine Richtung gäbe, und die die Lebensspanne des Individuums und der Art determinieren würde.
At this time, Owen talked of his theories, influenced by Johannes Peter Müller, that living matter had an "organising energy", a life-force that directed the growth of tissues and also determined the lifespan of the individual and of the species.

Die diesbezüglichen Gedanken von Johannes Peter Müller (1801-1858) (Wiki, engl) finden wir nur auf dem englischsprachigen Wikipedia behandelt (4):

He begins with a discussion of why organic matter differs fundamentally from inorganic but then proceeds to chemical analyses of the blood and lymph. He describes in detail the circulatory, lymphatic, respiratory, digestive, endocrine, nervous, and sensory systems in a wide variety of animals but explains that the presence of a soul makes each organism an indivisible whole. The same work that examines the behavior of light and sound waves proposes that living organisms possess a life-energy for which physical laws can never fully account.

Auf Wikipedia können wir dann noch das folgende über die Inhalte der Biographie von Rupke erfahren (Wiki):

Während der 1840er Jahre kam Owen zu dem Schluß, daß die Arten als Ergebnis einer Art evolutionären Prozesses entstehen. Er nahm sechs mögliche Mechanismen hierfür an: Parthenogenese, verlängerte Entwicklung, Frühgeburten, angeborene Mißbildungen, Lamarck'schen Gewebeschwund, Lamarck'sche Gewebevergrößerung und Transmutation, wobei er von letzterer annahm, daß sie am wenigsten wahrscheinlich eine Rolle spielen würde. (...) Am Ende seines Buches "Über die Natur der Gliedmaßen" von 1849 äußerte Owen die Vermutung, daß die Menschen letztlich von den Fischen her aufwärts evoluiert seien als das Ergebnis von Naturgesetzen. Im Manchester Spectator wurde er dafür kritisiert, da er leugnen würde, daß Arten wie der Mensch durch Gott geschaffen seien. Owen sympathisierte deshalb zwar mit Entwicklungstheorien der Evolution, schreckte aber davor zurück, öffentlich darüber zu reden, nachdem schon ein anonym publiziertes Evolutionsbuch "Vestiges of Natural History of Creation" 1844 kritische Reaktionen hervorgerufen hatte.
Sometime during the 1840s Owen came to the conclusion that species arise as the result of some sort of evolutionary process. He believed that there was a total of six possible mechanisms: parthenogenesis, prolonged development, premature birth, congenital malformations, Lamarckian atrophy (Gewebeschwund), Lamarckian hypertrophy (Gewebevergrößerung) and transmutation, of which he thought transmutation was the least likely. The historian of science Evelleen Richards has argued that Owen was likely sympathetic to developmental theories of evolution, but backed away from publicly proclaiming them after the critical reaction that had greeted the anonymously published evolutionary book "Vestiges of the Natural History of Creation" in 1844 (...). Owen had been criticized for his own evolutionary remarks in his "Nature of the Limbs" in 1849, At the end of "On the Nature of Limbs" Owen had suggested that humans ultimately evolved from fish as the result of natural laws, which resulted in his being criticized in the Manchester Spectator for denying that species such as humans were created by God.

Über das hier erwähnte, anonym publizierte Buch ist zu erfahren (Wiki):

"Vestiges of the Natural History of Creation" (dt.: Spuren der Naturgeschichte der Schöpfung) war ein in London im Jahr 1844 anonym publiziertes populärwissenschaftliches Buch. In ihm wurde die Idee einer deistischen, d. h. ohne direkte göttliche Eingriffe verlaufenden kosmischen, geologischen und biologischen Evolution vertreten. Es fand weite Verbreitung und wurde wegen seiner unorthodoxen und spekulativen Vorstellungen kontrovers in der damaligen viktorianischen Gesellschaft rezipiert.  Der Autor, der 1871 verstorbene schottische Verleger Robert Chambers, wurde erst in der 1884 posthum erschienenen 12. Auflage des Buches offenbart. Die erste deutsche Übersetzung (...) erschien 1851.

Und weiter zu Owen (Wiki):

In 1854, gave a British Association talk on the impossibility of bestial apes, such as the recently discovered gorilla, standing erect and being transmuted into men, but Owen did not rule out the possibility that humans had evolved from other extinct animals by evolutionary mechanisms other than transmutation. (...)

On the publication of Darwin's theory, in "On The Origin of Species", he sent a complimentary copy to Owen, saying "it will seem 'an abomination'" (eine Abscheulichkeit). Owen was the first to respond, courteously claiming that he had long believed that "existing influences" were responsible for the "ordained" (vorbestimmte) birth of species. Darwin now had long talks with him and Owen said that the book offered the best explanation "ever published of the manner of formation of species". (...) It appears that Darwin had assured Owen that he was looking at everything as resulting from designed laws, which Owen interpreted as showing a shared belief in "Creative Power". 

1860 veröffentlichte Owen eine Rezension zu Darwin's Buch:

In ihr zeigte Owen seinen Unmut über das, was er als Darwin's Karrikatur der kreationistischen Position ansah, und daß er ignorieren würde Owen's "Axiom von dem kontinuierlich geschehenden, vorgesehenen Werden der lebenden Dinge".
In it Owen showed his anger at what he saw as Darwin's caricature of the creationist position, and his ignoring Owen's "axiom of the continuous operation of the ordained becoming of living things".

Owen war der Begründer des Museums für Naturgeschichte in London und im Jahr 1860 forderte er - nachdem das Museum immer größere Popularität erhalten hatte infolge des Buches von Darwin - eine räumliche Erweiterung desselben, denn zur Zeit könne er den Besuchern gar nicht all jene Fossilien zeigen, für die sie sich nun durch das Buch von Darwin angefangen hätten zu interessieren (Wiki):

As head of the Natural History Collections at the British Museum, Owen received numerous inquiries and complaints about the Origin. His own views remained unknown: when emphasising to a Parliamentary committee the need for a new Natural History museum, he pointed out that "The whole intellectual world this year has been excited by a book on the origin of species; and what is the consequence? Visitors come to the British Museum, and they say, 'Let us see all these varieties of pigeons: where is the tumbler, where is the pouter?' and I am obliged with shame to say, I can show you none of them" .... "As to showing you the varieties of those species, or of any of those phenomena that would aid one in getting at that mystery of mysteries, the origin of species, our space does not permit; but surely there ought to be a space somewhere, and, if not in the British Museum, where is it to be obtained?" 

Die Erweiterung des Museums wäre dringend notwendig, damit die Öffentlichkeit sich besser auseinandersetzen könne mit dem "Geheimnis aller Geheimnisse, dem Ursprung der Arten", so Owen. - Insgesamt haben wir es hier mit einer biologischen Denktradition des 19. Jahrhunderts zu tun, die am Anfang des 21. Jahrhunderts wieder wachsende Attraktivität für Biologen besitzt.
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*) Von uns gefunden im Nachlaß des deutschen Biophysikers Gerold Adam (1933-1996) (Wiki), der als Zellphysiologe und Alternsforscher ebenfalls an einer naturalistischen, nicht-darwinistischen Theorie der Evolution arbeitete. In einer Kopie dieser Rezension hat er 1994, zwei Jahre vor seinem Tod, die im folgenden zitierten Passagen gelb markiert.

/ Erster Entwurf:

20.7.2019 /

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1. Rupke, Nicolaas Adrianus: Richard Owen - Victorian Naturalist. Yale, New Haven/ London 1994 
2. Rupke, Nicolaas Adrianus: Richard Owen - Biology without Darwin. University of Chicago Press, Chicago/ London 2009 (bearbeitete Neuauflage der Ausgabe von 1994)
3. Webster, Stephen: Review: The truth about Darwin's old foe. New Scientist, 3. September 1994, https://www.newscientist.com/article/mg14319414-600-review-the-truth-about-darwins-old-foe/.
4. Bading, Ingo: Was geschieht im heranreifenden Embryo mit der Epigenetik? Neueste Erkenntnisse zur epigentischen Vererbung an nachfolgende Generationen, 30. März 2020, https://studgendeutsch.blogspot.com/2020/03/was-geschieht-im-heranreifenden-embryo.html.
5. Bauer, Joachim: Das kooperative Gen - Abschied vom Darwinismus. Hoffmann und Campe, Hamburg 2008
6. Otis, Laura: Johannes Müller. The Virtual Laboratory. 2004. (ISSN 1866-4784), http://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/references?id=enc22.
7. Chambers, Robert: Natürliche Geschichte der Schöpfung des Weltalls, der Erde und der auf ihr befindlichen Organismen, begründet auf die durch die Wissenschaft errungenen Thatsachen. Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig 1851 (GB)

Was geschieht im heranreifenden Embryo mit der Epigenetik?

Neueste Erkenntnisse zur epigentischen Vererbung an nachfolgende Generationen

Das folgende Video elektrisiert. Und zwar jedes mal aufs Neue, wenn man es sieht (1).

Vor allem ist es die Begeisterung, mit der dieser Forscher von seinen Forschungen berichtet. Aber es ist mehr. Er ist zugleich mit sehr grundlegenden Fragestellungen befaßt. Nämlich - letztlich - mit der Frage, wie Evolution eigentlich funktioniert, funktionieren kann, wie - vielleicht - neue Arten entstehen können. Leider gibt es zu diesem Video (noch) keine deutschen Untertitel.

Seit Jahrzehnten gibt es in der Wissenschaft Hinweise darauf, daß erworbene Eigenschaften - auch Erinnerungen, insbesondere traumatischer Art - an nachfolgende Generationen weiter gegeben werden können. Dabei handelt es sich um die berühmte "Vererbung erworbener Eigenschaften", die seit dem berühmten Evolutionsforscher Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) immer wieder erneut anerkannt und verworfen worden sind. Ihre Existenz ist aber inzwischen längst gesichert. Der am besten bekannte und erforschte Mechanismus diesbezüglich ist der Umstand, daß an den DNA-Strang sogenannte "Methyl"-Gruppen angehängt sind. Diese bestimmen, ob ein bestimmter Abschnitt der DNA abgelesen werden soll oder nicht, bzw. in welchem Umfang das geschehen soll. Das wird auch als Methylisierung bezeichnet. Der Methylisierungszustand bestimmt zunächst, ob innerhalb eines Körpers aus einer undifferenzierten Körperzelle eine Leberzelle, eine Nervenzelle oder eine Darmepithelzelle wird. Denn alle diese Zellen haben ja denselben Genomsatz, der aber in jeder Zelle unterschiedlich abgelesen werden muß. Und genau das geschieht über die Methylisierung, die der wichtigste Aspekt des Themas Epigenetik bildet. Aber es gibt nun viele Hinweise darauf, daß bestimmte Arten der Steuerung dieser Methylisierung von einer Generation zur anderen weiter gegeben werden kann, wodurch man eben dann die "Vererbung erworbener Eigenschaften" hat.

Wenn man nun zum Beispiel eine untersuchte Person hat, die (wie der Autor dieser Zeilen) zwei Großväter gehabt hat, die beide starke Raucher gewesen sind und die (vermutlich) stark geraucht haben sowohl

a) vor der Zeugung ihrer Kinder (also vor der Zeugung der Eltern der untersuchten Person), bzw.
b) in der Nähe ihrer schwangeren Ehefrauen, bzw.
c) in der Nähe ihrer Kinder,

dann kann sich das noch nachteilig auswirken auf den Gesundheitszustand bis auf die Enkelgeneration (also bis auf die untersuchte Person hin). Wenn Großeltern längere Zeit gehungert haben, sind ebenfalls solche Auswirkungen festgetellt worden. Ebenso gibt es Hinweise, daß auf diese Weise die Auswirkungen von Traumatisierungen an nachfolgende Generationen weiter gegeben werden können.

Abb. 1: Epigenetische Reprogammierungen während der Embryo-Entwicklung (obere Reihe), sowie die Blut-Hoden-Schranke, die wichtig ist bei der Heranreifung der männlichen Samenzellen (untere Reihe) (aus: 1)

Die Mechanismen allerdings, über die das geschieht, sind im einzelnen noch keineswegs besonders gut verstanden. Kürzlich ist ein Überblick zum aktuellen Forschungsstand erschienen (2). Er behandelt den Forschungsstand bezüglich von Menschen und nichtmenschlichen Säugetieren, hat also nicht solche Organismen im Blick, über die im einleitenden Video dieses Blogartikels so begeistert und mitreißend berichtet wird.

Dennoch wollen wir ihn im folgenden auswerten. Dieser Überblicksartikel enthält eine solche Fülle an Neuerkenntnissen (für uns), die insgesamt von Bedeutung sind, wenn man sich in diesem Forschungsgebiet zurecht finden will. Dieser Überblick enthält also ebenso wie das Video viele Erkenntnisse, über die man erst in den letzten zehn Jahren angefangen hat, Klarheit zu gewinnen. Deshalb erfährt auch der Autor dieser Zeilen (dessen Biologiestudium 25 Jahre zurück liegt) bei diesen Gelegenheiten zum ersten mal von ihnen. Es wird inzwischen viel genauer der Frage nachgegangen, über welche Wege epigenetische Programmierungen eines erwachsenen Menschen oder eines erwachsenen Tieres an die Nachkommenschaft weiter gegeben werden können und in welchen Lebensphasen das geschiehen könnte (Abb. 1).

Die Einsichten sind zugleich auch in der Grafik, die dieser Studie entnommen wurde, übersichtlich zusammengefaßt (Abb. 1).

Was geschieht vor der Zeugung, was während der Zeugung, was in den Tagen und Wochen danach?

Es gibt vieles, was einem auch als biologisch hinreichend gebildeten Menschen hier zum ersten mal klar werden kann. Dazu gehört zum Beispiel der Umstand, daß auch voll entwickelte Samen- oder Eizellen eines Menschen oder Säugetieres ausdifferenzierte, spezialisierte Zellen sind. Und zwar so wie (fast) jede andere Zellart des Körpers auch. Denn sie weisen eine ähnlichen Methylisierungsgrad auf wie die sonstigen Körperzellen. Allerdings: Es stehen dabei die (männlichen) Samenzellen dem typischen epigenetischen Methylisierungsgrad ausdifferenzierter Körpergewebe (etwa 80 %) deutlich näher als die (weiblichen) Eizellen. Der epigenetische Methylisierungsgrad liegt bei diesen nur bei etwa 50 % liegt (Abb. 1). Ohne dem vorläufig weiter nachzugehen, schreiben wir erst mal hin: Der Grund dürfte vielleicht einfach nur sein, daß Samenzellen - wie andere Körperzellen auch - eine ganze Menge mehr "leisten" müssen auf ihrem Weg zur Eizelle als die Eizelle "leisten" muß, um sich befruchten zu lassen und in die Gebärmutter zu gelangen. (Das mag jetzt eine laienhafte Annahme sein. Wenn jemand unter Lesern dazu etwas Genaueres weiß, bitte mitteilen.)

In der Samenzelle wird der Methylisierungsgrad, der für ausdifferenzierte Körperzellen typisch ist, auf dem Weg hin zur Eizelle schon abgebaut (Abb. 1), so daß bei der Vereinigung der beiden Zellen beide in etwa den gleichen Methylisierungsgrad aufweisen. (Ohne jetzt genaueres zu wissen, könnte ich mir denken, daß dieser Abbau des Methylisierungsgrades innerhalb der Samenzelle vor allem direkt vor der Vereinigung oder unmittelbar danach geschieht.)

In den ersten zwei Wochen der Embryonalentwicklung nun geht der Methylisierungsgrad noch weiter zurück ("Post-Fertilization Reprogramming"), während dann ab der zweiten Woche der Methylisierungsgrad wieder zunimmt.

Aber nun wohlgemerkt: Diese Umstände sind deshalb so wichtig, weil wenn über diese Methylisierung erworbene Eigenschaften an die folgende Generation weiter gegeben werden sollen, muß es ja dafür noch "Restbestände" dieser Methylisierung geben. Und wie groß diese "Restbestände" an Methylisierung in den jeweiligen Lebensphasen der hier wichtigen Zellen sind, das eben wird in dieser Grafik (Abb. 1) dargestellt.

Wobei vorbehaltlich gesagt sein soll, daß Methylisierung nicht zwangsläufig der einzige Weg sein muß, über den erworbene Eigenschaften weiter gegeben werden können. In der hier benutzten Studie wird auch auf mehrere andere Möglichkeiten eingegangen. Aber Methylisierung spielt auf jeden Fall eine sehr wichtige Rolle. Und sichtbar ist eben, daß zu allen Zeiten "Restbestände" von Methylisierung übrig sind, so daß Methylisierung zumindest vom Prinzip her ein Weg sein kann, auf dem erworbene Eigenschaften von einer an die nächste Generation weitergegeben werden können.

Es ist nun auch außerordentlich spannend, sich klar zu machen, daß innerhalb des Embryos schon ab der fünften Schwangerschaftswoche die Heranreifung der Keimzellen (je nach Geschlecht: Ei- oder Samenzellen) beginnt und - was nun den Methylisierungsgrad betrifft, einen ganz anderen Weg einschlagen als das ganze übrige Körpergewebe des Embryos (Abb. 1). Während das übrige Körpergewebe des Embryos schon spätestens ab der achten Schwangerschaftswoche im Durchschnitt wieder das Methylisierungsmuster typischer ausdifferenzierter Körperzellen ausweist, findet in den künftigen Keimzellen des Embryos etwas ganz anderes statt, nämlich - - - erneut eine "Reprogrammierung" der Methylisierung. Die Methylisierung geht dabei auf fast 10 % zurück! Und erst zwischen der 16. und 19. Schwangerschaftswoche wird hier der Methylisierungsgrad wieder erreicht, der dann auch noch im Erwachsenenalter vorliegt.

Auf all diesem ergeben sich zunächst zwei Schlußfolgerungen: Genomische Prägungen können die "Reprogrammierung" nach der Befruchtung womöglich leichter überstehen als bei der Heranreifung der neuen Keimzellen (!). Das heißt, die Tochter-Generation kann - vom Prinzip her - mehr von den "erworbenen Eigenschaften" abkriegen als - zumindest auf direktem Weg (sprich noch während der Schwangerschaft) - die Enkelgeneration. Natürlich kann auch die Tochter während ihres Lebens Eigenschaften erwerben, die sie dann an ihre Kinder weiter gibt und diese können dann die direkt von der Großelteren-Generation weiter gegebenen Eigenschaften verstärken oder abschwächen.

Wohlgemerkt, soweit das über den Methylisierungsgrad geschehen würde. So möchten wir das also alles erst einmal beim ersten Augenschein formulieren. Wobei es in der Studie heißt, daß es für die Vererbung erworbener Eigenschaften, die die Reprogrammierung nach der Befruchtung überstehen, schon mehr empirische Daten gibt, als für die Vererbung erworbener Eigenschaften, die auch noch die Reprogrammierung bei der Heranreifung der neuen Keimzellen überstehen (!). Das sei noch einmal im Originaltext zitiert (2, S. 7):

Das Ausmaß, in dem geprägte Regionen durch die Umwelt verändert werden und später an nachfolgende Generationen weiter gegeben werden können (z.B. über Generationen hinweg, indem sie die Reprogrammierung der heranwachsenden Keimzellen überstehen), ist weniger gut dokumentiert.
The extent to which imprinted regions are modified by the environment, and later transmitted to subsequent generations (i.e., transgenerationally by passing through primordial germ cell reprogramming) is less well documented.

Aber nun kommen noch weitere Umstände hinzu. Im Blut eines jeden Körpers kursiert "nicht kodierende" RNA (in Abb. 1: ncRNA). Dabei handelt es sich um Erbinformation, die zwar nicht zwangsläufig "funktionslos" sein muß, die aber zumindest keine Eiweißmoleküle kodiert. Das ist mit "nichtkodierend" gemeint. Das heißt nicht zwangsläufig, daß sie nicht dennoch auf die Genablesung, bzw. auf dem Methylisierungsgrad Einfluß nehmen könnte. Und diese RNA-Moleküle kursieren nun im Blut innerhalb von sogenannten "Exosomen". Wenn Sie, lieber Leser, noch nie etwas von solchen "Exosomen" gehört haben: Dem Autor dieser Zeilen geht es ebenso! (Wessen Biologiestudium 25 Jahre zurück liegt, muß ganz schön wach bleiben, um alles mitzukriegen und zu verstehen, was an der vordersten Front der Forschung alles so geschieht.) Jedenfalls kann natürlich auch in dieser RNA Information enthalten sein. Und diese könnte ebenfalls modifizierende Einlfüsse der Umwelt als Gedächtnis enthalten und mit dieser Information Einfluß nehmen auf die Reprogrammierung in den heranreifenden Keimzellen im Embryo und auch noch während des Erwachsenenalters - wenn sie denn eine "Schranke" überwinden könnte, von deren Existenz der Autor dieser Zeilen bislang auch nichts wußte, nämlich die "Blut-Hoden-Schranke". Verrückt.

Es gibt wohl schon eine gewisse Durchlässigkeit dieser Blut-Hoden-Schranke. Aber wie sie beschaffen ist, muß noch weiter erforscht werden. So viel sollten hier nur einige Grundkenntnisse zum neuesten Kenntnisstand mitgeteilt werden.

Nun gibt es aber auch noch jenen israelischen Wissenschaftler Oded Rechavi, der im Video eingangs zu Wort gekommen war, und der auch anhand des Modellorganismus Fadenwurm aufgezeigt hat, daß Erinnerungen nicht nur über die DNA, sondern auch über die schon genannte, evolutionär ältere RNA weiter gegeben werden können.

Aber was uns zunächst am bedeutsamsten erscheint: Er hat auch gefunden, daß es im Fadenwurm-Genom eine Uhr dafür gibt, für wie viele Generationen eine solche Erinnerung vererbt wird, eine Uhr, die sogar so eingestellt werden kann, daß die Erinnerung für immer weiter vererbt wird. Und könnte damit dann nicht insgesamt Artbildung erklärt werden vom Prinzip her? Diese Uhr, bzw. diesen Mechanismus hat Rechavi "Motek" genannt, das heißt im Hebräischen "süßes Herz".

Motek ist aber eigentlich die Abkürzung für "MOdified Transgenerational Epigenetic Kinetics" (3). Im Vortrag (Video) übrigens macht er so seine Scherze. Er weist einleitend daraufhin, daß frühere Forscher zu ähnlicher Thematik kein so schönes Lebensende gehabt hatten oder er erwähnt Beschneidungen, die aufzeigen würden, daß August Weismann sich seine berühmten Versuche zur Vererbung erworbener Eigenschaften hätte sparen können. Dieser hatte nämlich generationenlang Mäusen Schwänze abgeschnitten, ohne daß die Eigenschaft kürzere Schwänze dann vererbt worden wäre. Köstlich. Ach ne, ähm: Wissenschaft. ;-)

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1. Oded Rechavi: Transgenerational Biology - The Biology of Heritable Memories. TEDxVienna, 06.12.2019, auf: TEDx Talk, https://www.the-scientist.com/videos/inheriting-memories-66954.
2. Calen P Ryan, Christopher W Kuzawa: Germline epigenetic inheritance: Challenges and opportunities for linking human paternal experience with offspring biology and health. In: Evolutionary Anthropology, March 2020, DOI: 10.1002/evan.21828 (Researchgate)
3. http://www.odedrechavilab.com/research-6/2019/5/28/transgenerational-small-rna-inheritance.

Ein Blick in das innere Getriebe der Evolution

Das Wiederaufblühen des Lebens nach Massenaussterben auf der Erde kann zeitlich immer genauer nachvollzogen werden

Zu den Wissenschaftsmeldungen, die im Jahr 2019 zu den spannendsten zählten, gehört sicherlich eine vergleichsweise detaillierte Studie, die im Oktober veröffentlicht wurde, über die zeitlichen Abläufe der Evolution nach dem erdweiten Massenaussterben vor 66 Millionen Jahren. Haben wir schon jemals zuvor so tief in das innere Getriebe der Evolution blicken dürfen? Haben wir ihr schon jemals zuvor so genau in die Karten sehen dürfen (1)? Solche Dinge hatte sie doch bislang immer zum Betriebsgeheimnis erklärt. Streng geheim. Kein Außenstehender hatte Zutritt.

Aber nun ist es so weit: Im Jahr 2014 ist im US-Bundesstaat Colorado ein neuer Fundplatz entdeckt worden. Dieser erlaubt einen zeitlich sehr genauen und detaillierten Blick in die Abläufe von Evolution unmittelbar nach einem erdweiten Massenaussterben (1, 2) (Abb. 1).

Der Asteorideneinschlag vor 66 Millionen Jahren brachte nicht nur die Dinosaurier zum Aussterben, sondern 75% aller Arten auf dieser Erde überhaupt.

Abb. 1: Die Entstehung neuer Arten und ihrer jeweiligen Körpergrößen im zeitlichen Verlauf - 66 Mio. Jahre bis 65 Mio. Jahre vor heute (aus: 1)

1.000 Jahre nach diesem Ereignis lebten schon wieder - oder immer noch? - 600 Gramm schwere Säugetiere auf der Erde. Auf dieser hatten sich zunächst vornehmlich Farngewächse ausgebreitet. (Sie hatten viele Jahrzehnte völliger Dunkelheit, Kälte und atmosphärischer Vergiftungen ausgehalten und überstanden.)

100.000 Jahre später lebten schon Säugetiere von der Größe von Waschbären (6 kg) auf der Erde. Palmen-Wälder hatten die Farne ersetzt. Das Schlimmste war überstanden. (Zum Vergleich: 100.000 Jahre sind ungefähr auch die Zeit, die es dauerte, daß aus archaischen Homo sapiens-Formen in Afrika der anatomisch moderne Homo sapiens evoluierte. Und noch einmal 100.000 Jahre lang lebt er seither auf der Erde.*))

In den nächsten 200.000 Jahren breiteten sich walnußartige Pflanzen aus, die viele Nährstoffe in sich trugen. Diese ermöglichten es, daß neue und größere Säugetierarten entstanden - bis zu 25 kg schwer.

700.000 Jahre später breiteten sich proteinreiche Hülsenfrüchte aus. Diese ermöglichten Säugetierarten bis zu 35 kg und 48 kg Größe - und darüber hinaus.

Daraus darf - neben anderem - auch geschlußfolgert werden: Hätte es damals schon "Menschenartige" gegeben, hätten sie 700.000 Jahre lang nicht auf der Erde existieren können. So lange ungefähr hat der Vormensch, der Homo erectus, auf der Erde gelebt. 

Ähnliche Studie zum Massenaussterben vor 225 Millionen Jahren

Auf das Thema der beschleunigten Artbildung allgemein nach erdweitem Massenaussterben ist von unserer Seite aus schon häufiger in Internetbeiträgen der letzten Jahre - anhand jeweils neuer Studien - hingewiesen worden. (Das war mehrere Jahre auf Google-Plus geschehen, ein Social-Media-Dienst, der eingestellt worden ist. Die dortigen Beiträge sind auf Studium generale II gesichert und die Inhalte werden seither nach und nach auf diesen Blog hinüber eingepflegt. Dies gilt auch für die weiteren Ausführungen dieses Blogbeitrags.) Ähnliche Forschungsergebnisse hatte es schon im Sommer 2018 gegeben. Damals war die Wiederentfaltung des Lebens nach dem Massenaussterben vor 225 Millionen Jahren, also der Beginn des Dinosaurier-Zeitalters erforscht worden, die Wiederentfaltung der Tierarten (3). Dabei handelte es sich um den Umbruch zwischen den Erdzeitaltern Perm und Trias. 108 Tierarten aus dem frühen Trias sind bislang bekannt, die der Gruppe der Archosauromorphen (4) zugerechnet werden. Dabei handelt es sich um Reptilien. Die Archosauromorphen sind vermutlich im Mittleren Perm entstanden und hatten damals zunächst nur eine geringe Verbreitung. Zahlreiche Arten dieser Gruppe haben aber das Aussterbeereignis überstanden und sind nicht ausgestorben. Das weitere Geschehen wird von den Forschern nun wie folgt charakterisiert (3):

• Direkt nach dem Aussterbeereignis haben sich "Generalisten" in den noch zu bewohnenden Erdregionen ausgebreitet, Tierarten, die "überall" leben können und keine spezifischen Anpassungen an einen bestimmten Lebensraum, an bestimmte Nischen aufweisen. Diese Fauna wird "disaster fauna", also Katastrophen-Fauna genannt.
• Dann gibt es beschleunigte Evolutionsraten, also beschleunigte Artbildung und neue Vielfalt von Arten. Allerdings ist diese Phase aufgrund nur weniger Funde (noch) nicht gut bezeugt. Es handelt sich also um kleine Gründerpopulationen.
• Fünf Millionen Jahre nach dem Aussterbeereignis hat sich dann das erdweite Ökosystem wieder stabilisiert und damit geht noch einmal eine bedeutende Zunahme der Artenvielfalt einher. Nun bilden sich viele neue Lebensräume und Nischen und spezifische Anpassungen an diese heraus.

Im Originalzitat (3):

"A morphologically conservative and globally distributed post-extinction ‘disaster fauna’;  a major but cryptic and poorly sampled phylogenetic diversification with significantly elevated evolutionary rates;  and a marked increase in species counts, abundance, and disparity contemporaneous with global ecosystem stabilization some 5 million years after the extinction. This multiphase event transformed global ecosystems, with far-reaching consequences for Mesozoic and modern faunas."

Siehe auch (5).  

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*) Bitte an dieser Stelle nichts durcheinander bringen. Vor 65 Millionen Jahren gab es keine Menschen und auch nichts, was an Menschen erinnern würde. Der Mensch evoluierte erst vor 1 Millionen Jahren (Homo erectus), bzw. vor 250.000 Millionen Jahren (Homo sapiens). Ich spreche von dieser Evolution des Menschen in diesem Zusammenhang nur, um einen zeitlichen VERGLEICH zu haben, eine Anschauung zu gewinnen von den Zeiträumen, in denen damals, vor 65 Millionen Jahren, sich Evolution vollzog.

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1. How life blossomed after the dinosaurs died. By Elizabeth Pennisi, Oct. 24, 2019, https://www.sciencemag.org/news/2019/10/how-life-blossomed-after-dinosaurs-died (Bild: https://www.sciencemag.org/sites/default/files/styles/inline__699w__no_aspect/public/Extinction_chart_3.5_Drupal_D1.jpg?itok=LMOv58ue)
2. Exceptional continental record of biotic recovery after the Cretaceous–Paleogene mass extinction. T. R. Lyson, I. M. Miller, (...) D. W. Krause, S. G. B. Chester. https://science.sciencemag.org/content/early/2019/10/23/science.aay2268
3. Ezcurra MD, Butler RJ. 2018: The rise of the ruling reptiles and ecosystem  recovery from the Permo-Triassic mass extinction. Proc. R. Soc. B 285: 20180361. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2018.0361
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Archosauromorpha 
5. https://de.wikipedia.org/wiki/Trias_(Geologie) 

"Epigenetik und die Evolution der Instinkte"

Die neu aufgeworfene Frage: Sind Instinkte wirklich durch Punktmutationen entstanden oder nicht doch eher durch "phänotypische Plastizität"?

Das "Plasticity first-model of evolution" löst das bisherige, darwinische "Mutation first-Modell der Evolution" ab.

Phänotypische Plastizität wird von der Naturwissenschaft zunehmend stärker als das grundlegendere Prinzip der Artbildung in der Evolution in Erwägung gezogen. In der Geschichte des biologischen und naturwissenschaftsnahen Denkens ist dies schon hundert Jahre zuvor so vorgeschlagen und erörtert worden.

In einem neuen Artikel im "Science Magazine" (1) ist hinsichtlich der evolutionären Entstehung der Instinkte von einem Modell die Rede, das die (epigenetische) "Plastizität" der Handlungsabfolge (Instinkte) bei ihrer Erstentstehung in den Vordergrund stellt, dem das bisherige evolutionäre Modell gegenüber steht, das "Punktmutationen" verantwortlich machte für die Entstehung von gerne auch sehr komplexen instinktiven, angeborenen Handlungsabfolgen.

Abb. 1: Weiblicher Archaeoattacus edwardsii (Saturniidae) aus Indien

(Herkunft: Wikipedia)

"Epigenetik und die Evolution der Instinkte" (April 2017)

"Epigenetics and the evolution of instincts" ist der Aufsatz überschrieben, also "Epigenetik und die Evolution der Instinkte". Gleich einleitend heißt es, daß bis heute nur wenig darüber bekannt ist, wie Tiere ihre angeborenen Instinkte evoluiert haben. Tiere können angeborenermaßen ja oft die überraschendsten Dinge tun. Sie können lange Reihen von zum Teil recht komplizierten Handlungsabfolgen ausführen, ohne diese jemals gelernt zu haben (dazu am Ende dieses Aufsatzes noch ein Beispiel). Und dazu schreiben die Autoren nun weiter (1):

"Von Instinkten wird im allgemeinen angenommen, daß sie evolutionär ursprünglicher sind als erlerntes Verhalten."
(Original: "Instincts are widely held to be ancestral to learned behavior.")

Richtig! Man erinnert sich. So hat es - zum Beispiel - der Begründer der Verhaltenswissenschaft, Konrad Lorenz (1903-1989) in "Die Rückseite des Spiegels" dargestellt (2). Und so ist es auch in verschiedenen Überblicksdarstellungen referiert worden (3, 4). Die Autoren schreiben nun weiter über diese Instinkte (1):

"Einige Instinkte sind auf der zellulären und molekularen Ebene inzwischen elegant analysiert worden, aber allgemeine Prinzipien darüber, wie sie entstanden sind, gibt es noch nicht."
("Some have been elegantly analyzed at the cellular and molecular levels, but general principles do not exist.")

Allgemeine Prinzipien also, Einsichten darüber, wie Instinkte eigentlich auf der molekulargenetischen und Nervenzell-Ebene hervorgebracht werden, sind noch nicht formuliert worden. Jetzt, wo es so schlicht ausgesprochen wird, wo es einem in so schlichten Worten vor Augen geführt wird, wird einem das wohl überhaupt erst in vollem Umfang bewußt. Und allein ein solcher Satz erweitert den Denkhorizont bedeutend. Die Anstrengungen der traditionellen Verhaltensforschung - ausgehend von Konrad Lorenz - waren ja doch vornehmlich nur mit dem Phänotyp beschäftigt gewesen, so wird einem bewußt. Und sie nahmen die Instinkte zunächst einmal einfach als gegeben hin und haben sie nur ("deskriptiv") beschrieben.

Bei der Beschreibung ihrer evolutionären Entstehung hat man sich dann nur ganz kruder metaphorischer Bilder bedient. Konrad Lorenz vor allem - und viele in seinen Fußstapfen - bedienten sich des Bildes, daß sie sagten, daß angeborenes Verhalten von "der Art" "gelernt" worden sei über viele Millionen Jahre hinweg (eben durch Punktmutationen und anschließende Selektion) (2). Wenn wir die Aussage des vorliegenden Science-Artikels richtig verstehen, so sei hier schon eingeschoben, scheint er zunächst nicht davon auszugehen, daß der von ihm angenommene "Lernprozeß der Art" oder "Lernprozeß" bei Entstehung der Art über Punktmutationen Millionen von Jahre in Anspruch nahm. Grundsätzlich scheint er nicht auszuschließen, daß dieser "Lernprozeß" von einem Lebewesen während seiner eigenen Lebensdauer begonnen und abgeschlossen worden ist, dabei aber eben über epigenetische Mechanismen als Gedächtnis eingeprägt und - zugleich - vererbt worden ist (siehe unten). Exaktere Vorstellungen als eben formuliert, scheint es darüber noch nicht zu geben (siehe unten), denn der ganze hier formulierte Gedanke ist ja überhaupt sehr neu. Aber eine solche, eben beschriebene Möglichkeit scheint zumindest eher als die beim derzeitigen Stand angemessene Erklärung angesehen zu werden als eine andere, die viele Millionen Jahre benötigt. Aber dazu gleich noch mehr. Zunächst schreiben die Autoren weiter (1) (Hervorhebung nicht im Original):

"Gegründet auf aktueller Forschung argumentieren wir stattdessen, daß die Instinkte aus dem Lernen evoluiert sind, und daß sie deshalb von den gleichen allgemeinen Prinzipien geleitet werden, die das Lernen erklären."
("Based on recent research, we argue instead that instincts evolve from learning and are therefore served by the same general principles that explain learning.")

Das ist eine sehr auffallende Aussage. Denn was tun die Autoren denn, wenn sie das so - geradezu klassisch schlicht - formulieren?

Umsturz eines Weltbildes

Versuchen wir eine allgemeinere Einordnung. Es gibt wissenschaftliche Artikel, die - mögen sie auch noch so kurz sein (1) - durch das Aussprechen nur weniger Gedanken auf die Möglichkeit des Umsturzes eines ganzen Weltbildes hinweisen. Dazu kann es natürlich eines umfangreichen Vorlaufes bedürfen, der nach und nach das bisherige Welterklärungsmodell ausgehöhlt hat, als in sich widerspruchsvoll hat erkennen lassen und als im Widerspruch stehend zu einer Fülle inzwischen neu erkannter Tatsachen. Es könnte dazu eines Vorlaufs bedürfen, der auch schon alternative, angemessenere Erklärungsmodelle als zunehmend sinnvoll und als im Einklang mit allem weiter anwachsenden Wissen über unsere Welt und ihr Werden hat erkennen lassen. Sollte aber ein solcher Vorlauf einmal gegeben sein - von gerne einmal mehreren Jahrzehnten Forschung - dann kann es mitunter nur noch eines leichten Fingertips bedürfen und es könnte erkennbar werden die Möglichkeit, daß in näherer Zukunft ein großes, seit fast hundertfünfzig Jahren weltbeherrschendes Welterklärungsmodell krachend und geradezu unheimlich-lautlos in sich zusammen stürzen wird.

Und viele Umstehende könnten sich plötzlich des Entsetzens bewußt werden ob der Leere, die ein solches Zusammenstürzen zurück lassen würde. Aber mehr noch könnte unter den Umstehenden sich zunächst ein Entsetzen ausbreiten ob der Krudität und Groteskheit jenes geistig ziemlich "verarmt" daher kommenden Welterklärungsmodells, dessen Zusammensturz sich da gerade als Möglichkeit so deutlich abzeichnet im Licht der neuen Erkenntnisse und Fragestellungen in der Forschung. Es wird der Umstand deutlich, daß das neodarwinistische Welterklärungsmodell eine Frucht jenes materialistischen Zeitalters ist, in dem es zuerst formuliert worden ist.

Und das Entsetzen könnte um so größer sein, um so mehr sich die Umstehenden erinnern und bedenken, wie viele Millionen Menschen sich an dem bisherigen Welterklärungsmodell - bewußt oder unbewußt - orientiert hatten, wie oft selbst noch die bedeutendsten Denker des letzten Jahrhunderts im Grunde gar keine Alternative zu diesem Welterklärungsmodell für möglich hielten und für nötig erachtet hatten. Plötzlich könnte ihre womöglich geistige Armut und Phantasielosigkeit mit einem Schlag als deutliche Möglichkeit hervorschimmern aus der vorherigen Unerkennbarkeit der Dinge.

Solche Gefühle und Eindrücke können sich aufdrängen bei dem Lesen und Überdenken der wenigen, geradezu "klassisch" "eingemeißelten" Gedanken, die in diesem neuen Aufsatz des "Science Magazine" (1) enthalten sind. So könnte es einem umso eher ergehen, um so mehr man sich zuvor schon mit seit fast hundert Jahren vorliegenden alternativen Erklärungsmodellen von Seiten der naturwissenschaftsnahen Philosophie beschäftigt hat (3-7, 16). Eine Sichtweise, die hier schon Jahrzehnte lang vorlag, wird nun - ohne daß die meisten Naturwissenschaftler jemals von ihr etwas erfahren hatten - fast wortidentisch von eben dieser Naturwissenschaft übernommen.

"... daß die Instinkte aus dem Lernen evoluiert sind ..."

Die Autoren sagen mit dem oben angeführten Zitat dasselbe, was von biologischen und naturwissenschaftsnahen Denkern schon vor hundert Jahren fast wortidentisch auch gesagt worden ist. Und solche Aussagen waren bislang als so ziemlich die angreifbarsten Aussagen solcher Denker empfunden worden. Schließlich konnte es gerne auch einmal als "überholter Lamarckismus" gekennzeichnet werden. Hier auf dem Blog sollen als Beispiel für solche Aussagen im folgenden Aussagen zur Evolutionsdeutung von Seiten der Philosophie anhand denen von Mathilde Ludendorff (1877-1966) (Wiki) angeführt werden. Mit dieser Denkerin haben wir uns schon in anderen Zusammenhängen beschäftigt. Als Schülerin August Weismanns und Assistentin Emil Kraepelins hatte sie bei zwei der bedeutendsten Vertreter naturwissenschaftlichen Denkens ihrer Zeit wissenschaftlich gelernt, bzw. mit diesen zusammen gearbeitet. Ihr erster Ehemann war Biologe, sie selbst arbeitete als Psychiaterin.

Liest man heute Bücher dieser Frau, entsteht unweigerlich in einem der Gedanke, daß man sie zumindest als eine der ersten "Evolutionären Psychologinnen" im deutschen Sprachraum bezeichnen sollte. Das muß auch gelten so sehr man sie um verschiedener anderweitiger politischer Ansichten willen verdammen mag oder wenn man einfach das Urteil übernimmt, das in den "großen Medien" Jahrzehnte lang von dieser Frau gezeichnet worden ist. Das wird zum Beispiel sehr schnell deutlich, wenn man sie in ihrem schon 1919 erschienenen Buch "Erotische Wiedergeburt" eine Deutung der menschlichen - sowohl weiblichen wie männlichen - Sexualität geben sieht ausgehend von einer durchgängig evolutionären Argumentation. Selbst heutige Sexualpsychologen dürften sich da noch vieles von ihr abgucken können. (Und schon gar vor dem heutigen Wissensstand, wonach viele Verhaltensgene des Menschen in der Artenevolution sehr weit zurück verfolgt werden können.) Und eine ähnliche Bedeutung mag sie darum auch für andere Gebiete haben.

"Nicht nur in die individuelle Erinnerung eingegraben, sondern auch auf die Erbsubstanz der Keimzellen übertragen"

Die geistigen Gehalte der Philosophie dieser Frau wurden aufgrund der politischen Zusammenhänge, in denen sie sich bewegt hat, bis heute kaum wahrgenommen. Wie bei jedem anderen Denker auch, muß man aber nicht die politischen Einstellungen teilen, wenn man psychologische oder philosophische Einsichten für bedenkenswert hält. Insbesondere nimmt ihre Philosophie den Ausgangspunkt von der Erkenntnis August Weismanns von der Unsterblichkeit der Einzeller und der Einführung des gesetzmäßigen Alterstodes beim Übergang zur Mehrzelligkeit. Auch auf diesem Gebiet dürften ihre philosophischen Deutungen an Bedeutung nicht verloren haben.

Und nun eben auch in Bezug auf eine so grundlegende Frage wie die der Artbildung selbst. Hierzu wird vor dem Hintergrund des Wissens der damaligen Zeit und der philosophischen Deutung desselben ausgeführt, daß die Evolution auf ein Ziel hin ausgerichtet sei, und daß neue Instinkte entstehen würden während der Artbildung durch das "Aufleuchten des Schöpfungszieles" im ersten Vorfahren einer neuen Art, im "Genialsten seiner Artgenossen". Und dies würde geschehen innerhalb des von dieser Philosophie (und natürlich auch von anderen Denkern und Forschern der damaligen Zeit) angenommenen "plastischen Zeitalters" (der Artbildung). Auch in dem Begriff des "plastischen Zeitalters" ist ja vermutlich schon implizit eher das "plasticity first"-Modell der Evolution enthalten als das "mutation-first"-Modell der Evolution. In einer Zeit, in der noch nicht klar war, daß Evolution eine fast regelmäßige Abfolge mehrerer bedeutender erdweiter Aussterbeereignisse und ihnen folgender Artneubildungen umfasste, eine Erkenntnis, die erst seit den 1970er Jahren fester Bestandteil der Naturerkenntnis ist (Wiki), wird zu dem Begriff "plastisches Zeitalter" ausgeführt (18, S. 74, Anm. 1):

Die Naturwissenschaft versteht hierunter jenes Zeitalter, in welchem die Entwicklung vom Einzeller zum Menschen alle Arten der Tiere und Pflanzen entstehen ließ. Für dieses Zeitalter hat die Wissenschaft die Notwendigkeit einer Vererbung erworbener Eigenschaften durch Aufnahme der Neuerwerbung von seiten der Erbmasse der Keimzellen innerhalb des Lebens anerkannt. Sie hat diesen Zustand als "plastisches Zeitalter" bezeichnet, als ein Zeitalter, in welchem die Keimzellen also noch Bildsamkeit zeigten, noch Neuerwerbungen in die Erbmasse vom Träger der Keimzellen aufnehmen konnten. Sie sagt, daß nach Abschluß der Entstehung der Arten ein anderer Zustand eintrat, diese Aufnahmefähigkeit der Keimzellen für erworbene Eigenschaften hat nach diesem Abschlusse nicht mehr bestanden.

Es würde sich dann dabei um ein "Aufleuchten" handeln, das sich dann - ausgelöst durch erdweite Katastrophen ("Todesnot") - von diesem ersten Vorfahren, diesem ersten Vertreter einer neuen Art aus über die Generationen hinab weiter vererbt habe. Im wörtlichen Zitat (5, S. 243, zit. auch in: 6, S. 5):

Das Schöpfungsziel, das über dem Werden der Lebewesen als sinnvolles Maß an Finalität steht, flammt wie eine flüchtige göttliche Erleuchtung in dem Einzelwesen auf und erwirkt das Werden der höheren Stufe. So mangelhaft dieses Bild für einen Vorgang, der sich nicht beschreiben läßt, auch sein mag, so hilft es doch, dem Geschehen zu folgen. (...) Wir sahen, daß die Lebewesen in Todesnot in flüchtiger göttlicher Erleuchtung neue Anlagen und Abwehrinstinkte erwarben. 

Noch deutlicher wird ausgeführt (18, S. 74), daß

ein Erbinstinkt im Tiere in einer besonderen Schicksalsstunde zum erstenmal von dem Ahn dieser Tiere angewandt wurde und sich dann erst auf die Nachfahren vererbte.

Der angewandte Erbinstinkt würde sich, so heißt es weiter, "nicht nur in die Erinnerung des Ahns" eingraben, "sondern sich auch auf die Erbsubstanz der Keimzellen" übertragen. Einige Seiten weiter heißt es ähnlich, daß ein "seltenes Schicksalsereignis" in der Humanevolution beim Menschen einen neuen Erbinstinkt schaffen konnte, der sich (18, S. 88)

nicht nur seinem persönlichen Erinnern, nein, auch der Erbmasse der Keimzellen eingrub, ganz ebenso, wie sich auch in dem "plastischen Zeitalter" der Erbinstinkt der Tiere nicht nur dem persönlichen Erinnern, sondern der Erbmasse der Keimzellen und somit auch allen kommenden Geschlechtern übertrug.

Von Seiten dieser evolutionären Philosophie aus wurde also ein solches "plasticity-first"-Modell der Artbildung formuliert, das dieselbe Abfolge von einer individuellen Erinnerung benennt, die sich zugleich in die Keimzellen eingräbt, bzw. überträgt. Das Prinzip, daß Plastizität und nicht Zufallsmutationen am Anfang dieses Prozesses stehen, ist in diesem evolutionären philosophischen Denken klar formuliert, man möchte fast sagen: vorausgesagt worden.

Und in dem von uns hier behandelten neuen Artikel (1) wird nun ebenfalls diskutiert ein "plasticity first model of evolution", das dem bisherigen "mutation first model of evolution" als Alternative gegenüber oder als Ergänzung an die Seite gestellt wird. Man könnte sagen: Genau das ist eine der grundlegendsten Thesen und Ausgangspunkte zur Formulierung eines neuen philosophischen Gebäudes gewesen (7). Und zugleich werden damit auch die modernen Evolutionsmodelle jenseits des Neodarwinismus immer konkreter. Es geht das alles natürlich deutlich in jene Richtung, die traditioneller Weise als "Lamarckismus" gekennzeichnet worden war. Joachim Bauer hatte 2008 in "Das kooperative Gen" diesbezüglich den heutigen Forschungsstand schon sehr eindrucksvoll dargestellt (8).

Neurologische Forschungen an Bienen, Fliegen und Nagetieren wiesen den Weg

In dem neuen Science-Artikel wird dann hingewiesen auf jene Forschungen, die dieses neue "plasticity first-model" stützen würden (1):

"Jüngste Forschungsergebnisse über Bienen und Fliegen zeigen, daß angeborene und erlernte Antworten auf Geruchswahrnehmungen über dieselben Nerven-Schaltkreise verschaltet sind."
("Recent results from bees and flies show that both innate and learned olfactory responses are governed by the same neural circuits.")

Also angeborene und erlernte Geruchs-Antworten sind bei Bienen und Fliegen von denselben Nervenbahnen gesteuert. Wieder einmal darf man darüber erstaunt sein, daß diese Erkenntnis so ganz neu zu sein scheint nach dem Wortlaut dieses Artikels. Dabei könnte man sich doch fragen: Nanu? Darauf ist man noch nicht früher gekommen? Und vor allem auch der so kluge Konrad Lorenz sollte eine solche Möglichkeit noch gar nicht in Betracht gezogen haben? Unter einer solchen Fragestellung wären seine Gesammelten Werke noch einmal genau zu studieren. Weiter heißt es auf ähnlicher Linie (1): 

"Ebenso überlappen sich bei Nagetieren die Nerven-Schaltkreise für angeborene und erlernte Reaktionen auf furchteinflößende Wahrnehmungen - und die Serotonin-Modulierung in der Amygdala bestimmt, welche Reaktion die stärkste ist."
("Similarly, in rodents, the neural circuits organizing innate and learned fear responses overlap, and serotonin modulation in the amygdala determines which response is strongest.")

Bei dieser Gelegenheit erinnert man sich daran, daß zu Zeiten von Konrad Lorenz (2) das "Schichtendenken" eine große Rolle spielte. Auf dieses wurde auch erst jüngst etwa von dem Hirnforscher Gerhard Roth in der traditionellen Weise Bezug genommen (9). Hoimar von Ditfurth hatte - von diesem Gedanken angeregt - in seinem viel gelesenen Buch "Der Geist fiel nicht vom Himmel" (1976) eine "Paläontologie der Seele" vorgelegt, in der er instinktives und erlerntes Verhalten quasi gehirnanatomisch getrennt voneinander angesiedelt gesehen und dargestellt hatte (10). Reflexketten und angeborene Instinkte waren für ihn im Stammhirn und Zwischenhirn lokalisiert, erlerntes Verhalten war für ihn im Großhirn - oder im Übergangsfeld zum Großhirn - lokalisiert. Womöglich ist dieses Bild aus heutiger Sicht abzuändern, bzw. womöglich wird diesbezüglich künftig manches verwickelter zu sehen sein. Die heutigen Überlegungen regen jedenfalls zu umfangreichem Überdenken der ganzen gehirnanatomischen Situation an.

Sind Instinkte "Erinnerungen des Urahnen" ("ancestral memory")?

Beziehungsweise: Die Frage stellt sich vor diesem Hintergrund ganz neu: Wie konnte aus dem streng Instinkt-gebundenen Verhalten ursprünglicherer Tierformen allmählich eine größere Bandbreite individuell erlernbaren und damit fehlerbehafteten Lernens entstehen? Wie konnten beide Ebenen nebeneinander her bestehen (ohne sich - sozusagen - "in die Quere" zu kommen)? Es wird spannend sein, diesbezüglich die Erkenntnisse der nächsten Jahre zu verfolgen.

Die Autoren zitieren auch den Aufsatz "Birds, behavior, and anatomical evolution" des früh verstorbenen Evolutionsforschers und Genetikers Alan C. Wilson von 1983, in dem viele Zusammenhänge - zumindest vom Prinzip her - schon in ähnlicher Weise umrissen worden waren. Gerold Adam (1933-1996) (Autorenname: Hermin Leupold) wies schon Anfang der 1990er Jahre in Vorträgen darauf hin, daß sich gerade auch in den Ergebnissen der Zugvogel-Forschung (wie sie etwa an der Vogelwarte Radolfzell und andernorts betrieben wird) andeutet, daß beschleunigte Evolution möglich wird durch eine Kombination von Genetik und Epigenetik und daß genau das bei der oft überraschend schnellen populationsweiten Änderung des Verhaltens von Zugvögeln eine Rolle zu spielen scheint.

Die "Science"-Autoren weisen darauf hin, daß es schon lange Hinweise darauf gibt, daß streßbedingte Änderungen von Ablesezuständen der Gene an die nächste Generation weiter gegeben werden können. Sie machen sich dann im weiteren die folgenden Gedanken (1)

Man betrachte die Frage der Entstehung eines Instinktes im Lichte dessen, was wir über die Entstehung von Gedächtnis wissen. Lernen hängt mit der erfahrungsabhängigen Verstärkung bestimmter Synapsen zusammen. Wenn Lernen definiert wird durch das Schlagwort "what fires together, wires together" -

hierbei handelt es sich um eine Kurzfassung der sogenannten "Hebbschen Lernregel" (Wiki), die besagt, daß je häufiger ein Neuron A gleichzeitig mit Neuron B aktiv ist, umso bevorzugter die beiden Neuronen aufeinander reagieren werden -

wie werden Instinkte dann während der Entwicklung verschaltet bei Abwesenheit von erfahrungsabhängiger neuronaler Signalweiterleitung?

Das gemeinsame Reagieren von Nervenbahnen muß also schon - irgendwie - in den Genen, bzw. in der genomischen Prägung (Epigenetik) verschaltet sein. Die Autoren (1):

Im Fall des menschlichen Sprechens und Hörens wird die neuronale Entwicklung durch  die Erfahrung im Uterus bestimmt. Könnten epigenetische Mechanismen, die Änderungen in der Genablesung in Bezug auf langfristige Erinnerungen regulieren, eine ähnliche Rolle spielen während jener Entwicklung, die zur Formung von Instinkten führt?
("Consider the question of the formation of an instinct in light of what we know about the formation of a memory. Learning involves experience-dependent strengthening of specific synapses. If learning is defined by the notion that neurons that 'fire together, wire together', how do instincts get wired during development in the absence of experience-dependent neuronal firing? In the case of human speech and hearing, neural development is shaped by experience in utero. Could epigenetic mechanisms that regulate changes in gene expression related to long-term memories play similar roles during development to form instincts?")

Es wird erkennbar oder förmlich spürbar, wie dicht sich mit solchen Erörterungen und Fragestellungen einerseits die aktuelle Forschung an das annähert, was Mathilde Ludendorff vor fast hundert Jahren erörtert hat. Und man spürt andererseits, welche Fülle von weiteren Fragen sich aus dieser neuen, grundlegenden Richtungsänderung in den Fragestellungen ergeben. Der abschließende Satz des "Science"-Artikels nähert sich dann schon im Wortlaut sehr dicht an Formulierungen an, wie sie schon vor fast hundert Jahren von der Philosophie verwendet worden sind. Er lautet (1):

Wenn man einen Instinkt als das "ererbte Gedächtnis" an eine bestimmte Antwort auf die Umwelt betrachtet, könnte das hilfreich sein dabei, die physikalischen Grundlagen des Gedächtnisses zu verstehen.
("Considering an instinct as an "ancestral memory" of a specific response to the environment may help to guide efforts to understand the physical basis of memory.")

Also sie meinen: Wenn man den Instinkt als eine "Erinnerung des Urahnen" oder als "Erinnerung der Vorfahren" betrachtet (wie "ancestral memory" auch übersetzt werden könnte) - und genau so ist das ja schon vor hundert Jahren getan und formuliert worden (siehe oben) -, nämlich als eine Erinnerung an eine spezifische Antwort auf Umwelt-Herausforderungen, dann könnte das, so die Autoren, auch bei der wissenschaftlichen Bemühung helfen, die physische Grundlage des (menschlichen und tierlichen) Gedächtnisses überhaupt zu verstehen. Da eben auch diese - erstaunlicherweise! - noch kaum verstanden ist.

Aber es wird auch sofort deutlich, daß hier nicht nur die Frage nach dem evolutionären Entstehen der Instinkte im Raum steht. Gemeinsam mit den Instinkten sind ja bekanntlich auch alle sonstigen Körpermerkmale evoluiert. Es steht also noch viel mehr im Raum wenn es um ein "plasticity-first"-Modell der Evolution geht. Und das alles wird auch in der Forschungsliteratur gegenwärtig schon sehr breit erörtert (11).

Aussagen zur Evolutionsdeutung, die schon vor hundert Jahren getätigt wurden, erscheinen in neuem Licht

Dieser "Science"-Artikel möchte seiner Intention, seiner Absicht nach zunächst einmal nur neue Perspektiven für die neurologische Forschung an Insekten und anderen Tieren aufzeigen. Für uns bedeutet dieser Artikel aber mehr. Er wirft uns geradezu um durch die Eindeutigkeit, aufgrund deren man nun geradezu gezwungen ist, schon sehr früh von der Philosophie gegebene Deutungen ernst zu nehmen. Es wird selbst solchen Menschen, die schon bereit sind, solche Deutungen insgesamt einigermaßen ernst zu nehmen, so ergehen wie dem Autor dieser Zeilen, nämlich daß man geradezu schockiert darüber ist, wie wenig ernst man viele der Deutungen und Ausführungen bislang genommen hatte. Man hat sie für sehr "vage" Beschreibungen erachtet und deshalb auch nicht als sehr wichtige erachtet bezüglich dessen, wie es bei der Artbildung zugegangen sein könnte.

Mit diesem kleinen "Science"-Aufsatz fällt man tief in eine Einsicht hinein, in vielfältige Einsichten dahingehend, wie sehr Ausführungen früherer Denker - wie etwa denjenigen von Mathilde Ludendorff - ernst und gerne auch wörtlich zu nehmen sein könnten. Solche Ausführungen sind vor dem neuen Hintergrund ganz neu zu sichten. Zum ersten mal stellt sich die Frage: Was wurde von solchen Denkern denn eigentlich konkret zu der Thematik gesagt? Und was haben Forscher, die solche Aussagen ernst nahmen (Gerold Adam) dazu konkret gesagt? Hier ist ein neues Lesen angesagt, ein Lesen, das mit einem deutlich vergrößerten Verständnis des Gelesenen einher gehen kann.

Das, was in solchen früheren philosophischen Entwürfen (wie denjenigen von Mathilde Ludendorff) ausgeführt wurde, erweist sich einmal mehr keineswegs nur als "irgend welche" Theorien. Womöglich sogar als Theorien, die sehr arg in Widerspruch stehen könnte zu zentralen Aussagen der modernen Evolutionstheorie. Im Gegenteil: Die Möglichkeit steht im Raum, daß solche Aussagen auch in dieser zentralen Frage - nämlich der Mechanismen der Artbildung in der Evolution - der Naturwissenschaft über Jahrzehnte voraus waren. Daß sie auch in vielen anderen Bereichen der Naturwissenschaft voraus waren, ist andernorts schon dargestellt worden (z. B.: 3, 4), bzw. drängt sich das dem Kenntnisreichen oft ja geradezu auf.

Es wird auch deutlicher als jemals: So wie Naturwissenschaft und Philosophie (z. B. Schopenhauer) seit Jahrzehnten und Jahrhunderten gearbeitet haben, nämlich von der menschlichen Selbsterfahrung aus auf tierliches Leben zu schließen, ja, auf Evolution insgesamt, genau so könnte es auch jetzt wieder hilfreich werden, dies bei der Klärung der neu aufgeworfenen Fragen zu bedenken. Denn was Lernen ist, was Plastizität im Verhalten bedeutet - wer sollte davon mehr wissen als der Mensch? Bzw. wo sollte das anschaulicher erforscht werden können als beim Menschen selbst? Der Mensch könnte also - mit diesen neu aufgeworfenen Fragestellungen - wieder vermehrt von sich auf Tiere, bzw. auf Evolution schließen. Und genau so war ja auch das Vorgehen früherer Denker auf diesem Gebiet recht häufig. Sie sprachen sich selbst und genialen Menschen aller Zeitalter "Intuitionen", "intuitives Erkennen" zu, das sie - in einer vagen Analogie - auch den genialsten Vertretern einer Art zusprachen bei der Artbildung.

Daß aber das Prinzip des Schießens von menschlicher Erfahrung auf tierliche Erfahrung allerhand Schwierigkeiten haben kann bezüglich der Anerkennung in der Wissenschaft, davon kann man sich in der Biographie etwa der Verhaltensforscherin Jane Goodall ein anschauliches Bild verschaffen. Sie sprach Schimpansen ähnliche Gefühle zu wie sie sie selbst als Mensch hatte - und wurde fast von einer ganzen Forschergeneration anfangs als "unwissenschaftlich" herabgestuft. 

Gab es Intelligenz schon, bevor es Großhirne gab?

Was aber hier alles zu erklären ist, soll noch einmal an einem konkreten Beispiel erläutert werden, das im Jahr 1981 der deutsche Sachbuchautor Hoimar von Ditfurth (1921-1989) in der Einleitung Anfang seines Buches "Im Anfang war der Wasserstoff" bekannt gemacht hat (12). Mit einer sehr ausführlichen Beschreibung des Tarnverhaltens der Raupe des Schmetterlings Attacus edwardsii (Wiki) (englisch "Edwards Atlas Moth" genannt) machte er dieses Beispiel recht populär (s. Abb. 1). Man findet heute im Internet manche, die sich auf dasselbe berufen (12).

Dieser Schmetterling ist in Indien und Südostasien in feuchten Gebieten verbreitet und gehört zu den größten Schmetterlingen der Welt. Hoimar von Ditfurth entnahm sein Wissen zu ihm dem Buch "Mimicry" (13) von Wolfgang Wickler, eines Schülers von Konrad Lorenz.

Kurz gefaßt tarnt die Raupe dieses Schmetterlings ihr Verpuppungsstadium - ganz angeborenermaßen - dadurch, daß sie ein Blatt abbeißt und es mit Spinnfäden erneut anhängt und sich dann an dieses Blatt anheftet. Das Blatt verwelkt und umhüllt damit die Puppe, die so "versteckt" ist. Schon das Abbeißen des Blattes und erneute Anhängen stellt einen erstaunlichen Vorgang dar. Noch überraschender ist aber, daß diese Raupe zugleich auch noch mehrere andere Blätter abbeißt und wieder anhängt, die dann ebenfalls verwelken. Dies hat einen großen Vorteil. Ein Vogel als Freßfeind wird selbst wenn er nun verwelkte Blätter als Nahrungsquelle untersuchen würde, bald wieder davon ablassen, da er mit größerer Wahrscheinlichkeit leere als ein volles Blatt vorfinden wird.

Wie aber kann die Raupe auf einen so genialen Einfall der Tarnung kommen, auf den noch nicht einmal der menschliche Leser kommen würde, so fragte Hoimar von Ditfurth. Insgesamt will Hoimar von Ditfurth auch mit diesem Beispiel herausarbeiten, was so unzählige Beispiele von Mimicry so eindrucksvoll belegen, nämlich daß Intelligenz in dieser Welt schon vorhanden war, bevor bewußte Intelligenz in Form des Menschen evoluiert ist, ja, daß es dazu noch nicht einmal eines Großhirnes bedurfte (12, S. 16):

In Wirklichkeit verfügen wir, wie es scheint, nur deshalb über Bewußtsein und Intelligenz, weil die Möglichkeiten von Bewußtsein und Intelligenz in dieser Welt von Anfang an angelegt waren und nachweisbar sind.   

Und die zutiefst philosophische Aussage, daß Intelligenz schon in der Welt ist, bevor der Mensch als bewußtes Lebenwesen sie als solche wahrnehmen kann, weiter zu erläutern und zu veranschaulichen, ist dann das Anliegen des gesamten genannten Buches von Hoimar von Ditfurth. Es war das aber natürlich auch schon der Grundgedanke von naturwissenschaftsnahen Philosophien früherer Denker.

Und auch mit beiden stellt sich weiterhin die bis heute ganz ungeklärte Frage, wie außerordentlich überraschend intelligentes Verhalten von Tieren aufgezeigt werden kann, die noch nicht einmal ein auffallend komplexes Nervensystem haben. Woher stammt hier die Fähigkeit zum "Lernen", zur "Intuition"? Diese Frage ist bis heute von der Wissenschaft noch ganz ungeklärt. Sie sagte ja bislang so ganz langweilig, daß die Zufallsschritte genetischer Punktmutationen zu Veränderungen im angeborenen Verhalten der Tiere führten, die dann aufgrund der Selektion in ihrer Umwelt sich erhalten haben über Nachkommenschaft oder die aufgrund von mangelnder Lebenstauglichkeit ausgestorben sind. Dies ist grob zusammen gefaßt die Lehre des Neodarwinismus. Richard Dawkins hat sich - zum Beispiel in seinem Buch "Gipfel des Unwahrscheinlichen" - viel Mühe gegeben nachzuweisen, daß aus vielen solcher Zufallsschritte dennoch evolutionär etwas Sinnvolles entstehen kann und würden wir es auch als den "Gipfel des Unwahrscheinlichen" ansehen. So richtig daran geglaubt haben wird er wohl selbst niemals.

Aber wie kann eigentlich so überraschend intelligentes Verhalten von überraschend einfach strukturierten Tieren in der Evolution hervorgebracht werden? Auch das genannte evolutionäre Modell, das auf Deutsch etwa "Phänotypische Veränderbarkeit zuerst" genannt werden könnte, hat hier noch sehr, sehr viel zu klären.

Aber alles deutet darauf hin, daß die Erklärung von früheren, lange vernachlässigten Denkern zur Artbildung in der Evolution den tatsächlichen Sachverhalten wesentlich näher gekommen sein kann als alle Erklärungen des so lange Zeit allein in den Vordergrund gestellten Charles Darwin und all seinen unkritischen Nachfolgern.

Gehirn-Gen-Regulations-Netzwerke ...

/ Ergänzung 17.10.2020. Drei Jahre später erscheint zu den in diesem Beitrag behandelten Fragestellungen eine Sonderausgabe der Zeitschrift PNAS, Thema "Biologische Einbettungen über unterschiedliche Zeitskalen hinweg" ("Biological Embedding Across Timescales") (19). Unter "Einbettungen" werden verstanden: Das Erwerben und Erlernen von Erinnerungen, ebenso wie ihr Abspeichern in neuronalen Netzwerken, das prägungsähnliche Lernen, bzw. - wenn fehlgeleitet - Traumatisierungen, die eben sowohl in neuronalen Netzwerken abgespeichert werden wie auch in epigenetischen Mustern in Gehirnzellen. Insbesondere Gene E. Robinson verfolgt sie in seiner Forschungsgruppe weiter. Überlegungen wie individuelle Erfahrungen nicht nur im Gehirn in Nervennetzen gespeichert werden können, sondern auch (parallel) epigenetisch im Genom gespeichert werden könnten, fragen nach den (19) ...:

... räumlichen und zeitlichen Aspekte einer Verbindung zwischen neuronalen Netzwerken (NN) einerseits und Genregulations-Netzwerken im Gehirn andererseits. Diese stellen einen wichtigen Fall von Gehirn-Gen-Regulations-Netzwerken (bGRN) dar. Wichtige Substrate des Verhalten schließen Veränderungen in der Genablesung in hunderten bis tausenden von Genabschnitten mit ein, gemeinsam mit einer neuronalen Reaktion auf die Umwelt. (...) NNs reagieren in Millisekunden bis Sekunden, während bGRN, die die Genablesung und epigenetischen Veränderungen bewirken, über Minuten bis Tage reagieren. Die Rolle von Entwicklungs-Gen-Regulations-Netzwerken im Zusammenspiel mit neuronalen Netzwerken und Gehirn-Gen-Regulations-Netzwerken ist ebenfalls zu berücksichtigen.

Original: Sinha et al. (69) examine emerging insights into the spatial and temporal aspects of linkages between neural networks (NNs) and gene regulatory networks in the brain. They present a strong case for brain gene regulatory networks (bGRNs), as important substrates of behavior involving gene-expression changes in hundreds to thousands of genes within a neuron in response to the environment. NNs comprise circuits of neurons transmitting electrochemical signals from one neuron to another and integrating experiential stimuli to orchestrate an organism’s behavior. bGRNs act at different (but sometimes interacting) levels of organization than NNs and on different timescales. NNs act in milliseconds to seconds, while bGRNs affecting gene expression and epigenetic changes arise over minutes to days. A role for developmental GRNs (dGRNs) in the interplay between NN’s and bGRNs is also considered.

(20):

"Recent studies have revealed an extensive role for a completely distinct layer of networked activities in the brain - the gene regulatory network (GRN) - hat orchestrates expression levels of hundreds to thousands of genes in a behavior-related manner."

Unter anderem ist die Rede von einem (21)

"Genomischen Aktionspotential (gAP) - einer Genom-Reaktion im Gehirn auf aktuelle Erfahrungen."

"genomic action potential (gAP) - a structured genomic response in the brain to acute experience. Similar to the familiar electrophysiological action potential (eAP), the gAP also provides a means for integrating afferent patterns of activity but on a slower timescale and with longer-lasting effects."

/ Ergänzung 21.12.2021: In einem Interview mit der Theoretischen Neurowissenschaftlerin und Hirnforscherin Ila Fite (Wiki) (23) werden weitere Fortschritte auf diesem Forschungsgebiet erahnbar. Auch hier ist die Rede davon, daß die Regulationsnetzwerke der genetischen Steuerung mit einbezogen werden müssen in die Steuerung der Gehirntätigkeit insgesamt und daß man alle Steuerungsebenen mit einbeziehen müsse in die Analyse.*) /

/ Ergänzt um Zitate aus Literaturangabe [18]: 9.5.2019 

Ergänzt um Hinweise zu Literaturangaben [19, 20]: 17.10.2020

zu Lit.anga. 23: 21.12.2021 /

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*) Ila Rani Fiete ist indischer Herkunft (24) und verheiratet mit dem Physiker Gregory Fiete. Der Name Fiete ist eigentlich ein norddeutscher Vorname, Kurzform von Friedrich (Wiki). Als Familienname kommt er mindestens einmal in Deutschland und mindestens 47 mal in den USA vor (Nachname). Sie hat in ihrer Postdoc-Zeit zwei Kinder bekommen, was für sie zeitlich sehr gut paßte, wie sie sagt (24). Sie sagt auch, daß sie ohne die Unterstützung ihres Ehemannes in der Wissenschaft nicht hätte so erfolgreich sein können.

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1. Robinson, Gene E.; Barron, Andrew B.: Epigenetics and the evolution of instincts. In: Science Mag., 7. April 2017, http://science.sciencemag.org/content/356/6333/26
2. Lorenz, Konrad: Die Rückseite des Spiegels. Versuch einer Naturgeschichte menschlichen Erkennens. 1973
3. Leupold, Hermin (d.i. Gerold Adam): Wie sind die menschlichen Denk- und Erlebnisfähigkeiten zustande gekommen? Die evolutionäre Entstehung der angeborenen Formen menschlicher Erfahrung. In: Die Deutsche Volkshochschule, Folge 72, März 1991, S. 1-11
4. Leupold, Hermin: Der wesentliche Schritt von Tier zum Menschen. Eine philosophische Psychologie. Erster Beitrag einer Aufsatzreihe zum Rahmenthema "Die stammesgeschichtliche Entstehung des Menschen aus der Sicht der Naturwissenschaft und der Philosophie". In: Die Deutsche Volkshochschule, Folge 89, Januar 1994, S. 1-11 
5. Ludendorff, Mathilde: Wunder der Biologie im Lichte der Gotterkenntnis meiner Werke. 1. Band. Stuttgart: Hohe Warte, Pähl 1950, https://archive.org/details/WunderDerBiologieImLichteDerGotterkenntnisMeinerWerkeBand1/page/n3
6. Leupold, Hermin (Gerold Adam): Die stammesgeschichtliche Höherentwicklung der Lebewesen. Widersprüche zwischen naturwissenschaftlicher und philosophischer Erklärung der transspezifischen Evolution? In: Die Deutsche Volkshochschule, Folge 82, November 1992, S. 1-7
7. Ludendorff, Mathilde: Triumph des Unsterblichkeitwillens. Verlag Hohe Warte, Pähl 1959 (Erstauflage 1921)
8. Bauer, Joachim: Das kooperative Gen. 2008
9. Roth, Gerhard: Wie das Gehirn die Seele macht.
10. Ditfuth, Hoimar von: Der Geist fiel nicht vom Himmel. Die Evolution unseres Bewußtseins. 1976
11. Levis, Nicholas A.; Pfennig, David W.: Evaluating ‘Plasticity-First’ Evolution in Nature - Key Criteria and Empirical Approaches. Trends in Ecology & Evolution 31(7) · April 2016, http://www.cell.com/trends/ecology-evolution/fulltext/S0169-5347(16)00091-4
12. Ditfurth, Hoimar: Im Anfang war der Wasserstoff. 1972, https://www.dtv.de/_files_media/title_pdf/leseprobe-33015.pdf, https://machtderpolitentscheidung.files.wordpress.com/2014se/01/ditfurth_hoimar_von-im_anfang_war_der_wasserstoff.pdf (Martin Kriele 2007, Esoterikforum 2012, (Heise 2016)
13. Wickler, Wolfgang: Mimikry. Nachahmung und Täuschung in der Natur. Kinder-Verlag, München 1968 und viele Folgeauflagen bis 2002
14. Brownrigg, Doug: Rearing the Edwards Atlas Moth. 2014, https://www.youtube.com/watch?v=2bTJWyyCtn0 (ab Minute 6)
15. Grochowalski, Adam: Attacus atlas moth development. https://www.youtube.com/watch?v=7KOPIqv1xy4
16. Ludendorff, Mathilde: Schöpfungsgeschichte. Verlag Hohe Warte, Pähl 1954 (Erstauflage 1923)
17. Wikipedia-Artikel "Phenotypic plasticity, https://en.wikipedia.org/wiki/Phenotypic_plasticity
18. Ludendorff, Mathilde: Die Volksseele und ihre Machtgestalter. Eine Philosophie der Geschichte. Ludendorffs Verlag, München 1933, 1936, https://archive.org/details/MathildeLudendorffDieVolksseeleUndIhreMachtgestalter.
19. Biological Embedding Across Timescales Special Feature. https://www.pnas.org/biological_embedding; Einleitung: Genes and environments, development and time. W. Thomas Boyce, Marla B. Sokolowski, and Gene E. Robinson
20. Genes and environments, development and time. W. Thomas Boyce, Marla B. Sokolowski, Gene E. Robinson. Proceedings of the National Academy of Sciences Sep 2020, 117 (38) 23235-23241; DOI: 10.1073/pnas.2016710117, https://www.pnas.org/content/117/38/23235.abstract?etoc.
21. Behavior-related gene regulatory networks: A new level of organization in the brain. Saurabh Sinha,  Beryl M. Jones, Ian M. Traniello, Syed A. Bukhari,  Marc S. Halfon, Hans A. Hofmann,  Sui Huang, Paul S. Katz,  Jason Keagy, Vincent J. Lynch,  Marla B. Sokolowski, Lisa J. Stubbs,  Shayan Tabe-Bordbar,  Mariana F. Wolfner, and  Gene E. Robinson. PNAS September 22, 2020 117 (38) 23270-23279; first published July 13, 2020; https://doi.org/10.1073/pnas.1921625117, https://www.pnas.org/content/117/38/23270.abstract?etoc.
22. The role of the genome in experience-dependent plasticity: Extending the analogy of the genomic action potential. David F. Clayton,  Ina Anreiter, Maria Aristizabal, Paul W. Frankland, Elisabeth B. Binder, and  Ami Citri. PNAS September 22, 2020 117 (38) 23252-23260; first published May 24, 2019; https://doi.org/10.1073/pnas.1820837116, https://www.pnas.org/content/117/38/23252.abstract?etoc.
23. Ila Fite. Interviewed by Maxine Herman-Oakley Mills. Current Biology, Volume 31, Issue 24, 20 December 2021, Pages R1552-R1555, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982221016006
24. Ila Rani Fiete: Living Histories (Srividya Iyer-Biswas), 16.12.2021, https://youtu.be/SyViwL1YaCU