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Epigenetik - eine epische Herausforderung für die Evolutionstheorie

Diese wachsende Disziplin stellt eine Reihe von „heiligen Kühen“ des Neodarwinismus in Frage.

von
übersetzt von Markus Blietz

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Isogene [d.h. Gene, bei denen die von den beiden Eltern stammenden Teile identisch sind, Anm. d. Übers.] Agouti-Mäuse gleichen Alters und Geschlechts. Fellfarbe und Fettleibigkeit hängen vom epigenetischen Status eines bestimmten Allels [ein Allel ist eine Zustandsform eines Genes, Anm. d. Übers.] ab. Quelle: Wikipedia

Im europäischen Winter 1944 rückten die alliierten Truppen in Richtung Deutschland vor. In dem von den Nazis besetzten Holland streikten niederländische Fahrer, um den deutschen Kriegseinsatz zusätzlich zu behindern. Als Gegenmaßnahme leiteten die Deutschen eine Blockade der westlichen Niederlande ein, die, zusammen mit einem strengen Winter, zu katastrophaler Unterernährung und Hungersnöten führte. Die Bevölkerung musste mit einem Drittel der sonst üblichen täglichen Kalorienzufuhr auskommen, was von November 1944 bis Mai 1945, als die Blockade aufgehoben wurde, 20.000 Todesopfer forderte. Die Menschen wurden gezwungen, Gras und Tulpenzwiebeln zu essen, und verbrannten ihre Möbel, um Wärme zu erzeugen und am Leben zu bleiben. Diese Zeit ist auch bekannt als der niederländische Hungerwinter. Die legendäre Schauspielerin Audrey Hepburn1 war damals in Holland noch ein Teenager. Die schlechte Gesundheit, unter der sie ihr ganzes Leben lang litt, war wahrscheinlich eine Folge der Entbehrungen dieser wenigen Monate.

Man kann sich leicht vorstellen, wie ein gravierender Mangel an Nahrung die Gesundheit der Opfer beeinträchtigen konnte. Aber was ist mit dem Leben von Babys, die in dieser schrecklichen Zeit noch im Mutterleib waren, und was mit den Generationen danach? Dank hervorragend geführter Register und Gesundheitsakten in den Niederlanden konnten Wissenschaftler diese Episode als „lebendes Labor“ nutzen, indem sie nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs über Jahrzehnte hinweg Geburtsgewichte und Gesundheitsprobleme genau verfolgten. Dies hat zu einigen erstaunlichen Ergebnissen geführt.

Bei Babys, die sich während des Hungerwinters in den ersten Monaten der Schwangerschaft befanden, wurden normale Geburtsgewichte festgestellt, während sie in den späteren Jahren eher an Fettleibigkeit litten. Diejenigen, die der Hungersnot in den letzten Monaten der Schwangerschaft ausgesetzt waren, lagen bei der Geburt und für den Rest ihres Lebens unter dem Durchschnittsgewicht. Sie litten mit geringerer Wahrscheinlichkeit wie die übrige Bevölkerung an Fettleibigkeit.2 Noch erstaunlicher war es, dass die gleichen Merkmale auch an die folgende Generation weitergegeben zu werden schienen – das waren die Enkelkinder derjenigen Frauen, die in diesen sechs schrecklichen Monaten hungerten. Dies geschah trotz der Tatsache, dass sich die Ernährung dieser Frauen und ihrer Nachkommen nach Beendigung der Blockade wieder normalisierte.

Diese und andere Abweichungen vom Durchschnittswert deuteten darauf hin, dass diese Veränderungen nicht nur auf einen Ernährungsmangel während der Entwicklung dieser Kinder zurückzuführen waren, sondern dass die durch den Hunger verursachte „ökologische“ Veränderung zu einer Veränderung der Ausprägung ihrer genetischen Informationen geführt hatte. Mit anderen Worten, äußere Veränderungen hatten zu langfristigen Vererbungseffekten geführt.

Es ist unwahrscheinlich, dass eine Umweltveränderung die Sequenzen in ihrem DNS-Code verändern konnte, die immer noch das Ergebnis der Kombination der genetischen Codes von Vater und Mutter waren. Es musste daher die Art und Weise gewesen sein, wie bereits bestehende Gene sich ausprägten, verändert durch die Umwelt; d.h. während die DNS-Sequenz an sich unverändert blieb, wurden bestimmte Gene durch äußere, umweltbedingte Reize ein- oder ausgeschaltet. Wissenschaftler haben hier den insulinähnlichen Wachstumsfaktor II (ein Protein, das durch das sogenannte IGF2-Gen kodiert wird) als einen wichtigen Faktor identifiziert.3

Epigenetik: eine neue Disziplin

Eine neue Disziplin war geboren, das Studium der Epigenetik (abgeleitet vom griechischen Wort „epi“ = „darüber“ oder „zusätzlich“). Einer derjenigen, die diesen faszinierenden Mechanismus erforschen, Dr. Bas Heijmans, sagt: „Die Epigenetik könnte ein Mechanismus sein, der es einem Individuum ermöglicht, sich schnell an verändernde Umweltbedingungen anzupassen… Es könnte sein, dass der Stoffwechsel von Kindern des Hungerwinters auf ein ökonomischeres Niveau gebracht wurde, angetrieben durch epigenetische Veränderungen“.4 Der Neurobiologe der Universität Tel Aviv, Oded Rechavi, erklärte, dass „man bei den Kindern der niederländischen Hungeropfer verschiedene Auswirkungen auf ihr Erbgut beobachtete, die eine Art Ausgleich für den Hunger ihrer Eltern zu sein schienen“.5

Immer mehr Forschungsarbeiten befassen sich mit dem Thema, wie durch äußere Umweltreize Veränderungen im Zugriff auf genetische Information der DNS (Genotyp) bewirkt werden, und sich als sichtbare Veränderungen an den Lebewesen (Phänotyp) ausdrücken. So wurden z.B. Experimente an Würmern durchgeführt: „Bisher hatte noch niemand gezeigt, dass es ausreicht, die Umweltbedingungen der Würmer zu verändern, um eine Vererbung zu bewirken, die nicht von der DNS abhängt… Weil eine Beschränkung der Kalorienzufuhr anscheinend das Leben verlängert, lebten die Urenkel unserer ausgehungerten Würmer 1,5-mal länger als gewöhnliche Würmer - trotz der Tatsache, dass sie nicht weniger als jeder andere Wurm fraßen“.6

In einem weiteren Beispiel drückt sich ein sogenannter RNS-Silencer, der als Reaktion auf ein eingeschlepptes Virus in Würmern aktiviert wird, seit mehr als 100 Generationen aus [d.h. ein bestimmtes Gen auf der RNS wurde unterdrückt und diese Eigenschaft über mehr als 100 Wurmgenerationen weitervererbt, Anm. d. Übers.].7

Studien an Bisonknochen, die im Permafrostboden in einer kanadischen Goldmine gefunden wurden, zeigten, dass epigenetische Veränderungen in der Bisonpopulation es den Bisons ermöglichten, sich schnell an Klimaänderungen anzupassen. Dies sind Veränderungen, die viel zu schnell vor sich gehen, als dass traditionelle darwinistische Modelle der natürlichen Selektion sie erklären könnten. „Die Knochen spielen eine Schlüsselrolle in einer weltweit ersten Studie unter der Leitung von Forschern der Universität von Adelaide; in dieser Studie werden spezielle genetische Veränderungen analysiert, die Gene ein- und ausschalten, ohne die DNS-Sequenz selbst zu verändern. Diese `epigenetischen´ Veränderungen können schnell von Generation zu Generation auftreten - ohne die sonst übliche Zeit evolutionistischer Standardprozesse zu benötigen.“8

Wissenschaftler, die Experimente an Agouti-Mäusen durchführten, fanden heraus, dass sie durch die Manipulation der Ernährung ein bestimmtes Gen ausschalten konnten. Wenn das Gen aktiv ist („ein“), sind die Mäuse normalerweise fettleibig und gelblich; durch das Ausschalten des Gens („aus“) sind die Mäuse normal, schlank und braun. Durch die Fütterung einer Kombination von Nährstoffen einschließlich Vitamin B12 an die Mutter vor der Paarung konnte das Gen bei den Babys ausgeschaltet werden.9

Vertreter der Evolutionstheorie, die an dem Paradigma der modernen Synthese festhalten (d.h. am Neodarwinismus, der behauptet, dass Mutationen und natürliche Selektion die Vielfalt des Lebens auf der Erde erklären würden), haben sich tendenziell stark gegen die Schlussfolgerungen der epigenetischen Forschung gewehrt. Aus ihrer Sicht ist die Evolution ein langsam ablaufender Prozess zufälliger Mutationen im Genom, der manchmal zu einem winzigen Vorteil im Phänotyp führt. Dies wird dann durch die natürliche Selektion begünstigt und mittels Mendelscher Vererbung an zukünftige Generationen weitergegeben. Nach dieser Vorstellung ist das Gen der Hauptakteur, der die sichtbaren Anpassungen in der Zelle und im gesamten Organismus kontrolliert, eine Idee, die v.a. durch Richard Dawkins Buch „Das egoistische Gen“ populär wurde. Die Vorstellung hingegen, dass die Interaktion der äußeren Erscheinungsform eines Organismus mit seiner Umwelt dazu führt, dass Informationen zurück an das Genom fließen, oder sogar Einfluss darauf haben, wie das Genom „agiert“, ist für Neodarwinisten ein Gräuel.

Schlimmer noch, die Epigenetik deutet darauf hin, dass es latente genetische Informationen in der DNS gibt, die nur auf bestimmte Umweltbedingungen warten, um ein- oder ausgeschaltet zu werden. Es verhält sich wie mit Informationen in einem Buch, in dem eine Reihe von Seiten zusammengeheftet sind, und die nur darauf warten, geöffnet zu werden, damit die darin befindlichen Informationen unter ganz bestimmten Umweltbedingungen verarbeitet werden. Wenn – wie behauptet – Evolution das Ergebnis natürlicher Selektion ist (wobei durch Umwelteinflüsse manche der zufälligen Mutationen erhalten bleiben, andere aussortiert werden), wie kann es dann eine ganze Abfolge genetischer Informationen geben, die nur darauf wartet, von Umweltbedingungen eingeschaltet zu werden, von denen der Organismus bis dahin noch gar nichts wusste? Das ist ein weiteres Henne-Ei-Problem, das zu den unzähligen weiteren Problemen hinzu kommt, denen sich die Vertreter der Evolutionstheorie stellen müssen.

Aus „Schrott-DNS“ wird wieder nichts!

Die Epigenetik schlägt auch einen weiteren Nagel in den Sarg der sogenannten „Schrott-DNS“-Idee. Da nämlich nur ein sehr kleiner Prozentsatz der DNS direkt für Proteine kodiert, waren Evolutionisten nur allzu schnell dabei, den Begriff der sogenannten „Schrott-DNS“ einzuführen. Sie behaupteten, dass die meiste DNS „vestigial“ sei, d.h. übriggeblieben von langen evolutionistischen Zeiträumen mit vielen zufälligen Mutationen. Tatsächlich verlangt die neodarwinistische Evolution dies, weil die überwiegende Mehrheit der Mutationen keine Selektionsvor- oder -nachteile mit sich bringt und somit nur in der DNS nutzlos „herumsitzen“ würde.

Ein Ergebnis dieses Denkens sind sogenannte „Pseudogene“. Das sind DNS-Sequenzen, die wie Gene aussehen, aber nicht für Proteine kodieren, wie im Fall normaler Gene; sie gelten als nicht-funktional, weil sie angeblich von einmal funktionierenden Genen mutiert sind. Diese auf Unwissenheit basierende Idee wird von Wissenschaftlern wie Francis Collins verwendet, um zu argumentieren, dass moderne Menschen mit bestimmten Affen verwandt seien, die alle dieselben „Pseudogene“ haben. Wenn es sich dabei tatsächlich um Gene handeln würde, die durch zufällige Kopierfehler degeneriert sind, könnte man das verstehen. Denn prinzipiell weisen gemeinsame funktionelle Gene auf ein gemeinsames Design hin, während gemeinsame nicht-funktionelle Gene, die das Ergebnis zufälliger Fehler sind, nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit darauf hinweisen, dass sie miteinander verwandtschaftlich in Beziehung stehen. Das ist ganz ähnlich wie im Fall von Prüfungsarbeiten, wo identische Fehler darauf hindeuten, dass voneinander abgeschrieben wurde. Tatsache ist nun aber, dass man viele verschiedene Funktionen für „Pseudogene“ entdeckt hat, einschließlich ihrer Rolle bei epigenetischen Veränderungen der Genexpression.10 Diese Entdeckungen sind ein unerbittlicher Beitrag zur weiteren Zerstörung eines der wichtigsten beanspruchten „Beweise“ für die gemeinsame Abstammung von Affen und Menschen.

Denis Noble, ein britischer Biologe, der von 1984 bis 2004 den Lehrstuhl für kardiovaskuläre [d.h. das Herz-Kreislauf-System betreffend, Anm. d. Übers.] Physiologie an der Universität von Oxford innehatte, schrieb einen Beitrag über die Auswirkungen der Epigenetik auf den Neodarwinismus. Obwohl ein Evolutionist, sagt er: „Es war eindeutig verfrüht, diese DNS als ´Schrott´ zu bezeichnen“.11 Er empfiehlt ein völliges Überdenken der neodarwinistischen Mechanismen der Evolution, d.h. von Zufallsmutationen und natürlicher Selektion. Es überrascht nicht, dass er angegriffen wird, weil er es gewagt hat, den Status quo in Frage zu stellen.

Ein weiterer Grund, warum viele neodarwinistische Evolutionisten der Epigenetik so ablehnend gegenüberstehen (obwohl die unbestreitbaren Beweise zumindest eine widerwillige Akzeptanz erzwingen), ist, dass es eine Wiederbelebung der alten Idee der „Vererbung erworbener Merkmale“ zu sein scheint. So sah es jedenfalls der französische Naturforscher Jean-Baptiste Lamarck. Er glaubte, dass Eigenschaften, die ein Organismus während seines Lebens erworben hatte (z.B. ein Tier, das sich einen längeren Hals „aneignete“, indem es sich für hohe Blätter an Bäumen ausstrecken musste), an seine Nachkommen weitergegeben werden konnten. Für Lamarck war dies ein evolutionistischer Mechanismus. Darwin selbst schien der Idee wohlwollend gegenüber zu stehen und spielte in seinem Buch über den Ursprung der Arten mehrmals darauf an. Aber weil Lamarcks Theorie es erforderte, dass Evolution zielgerichtet abläuft (was Lamarck selbst als „Le pouvoir de la vie“, „die Kraft des Lebens“ nannte), und dies potentielle metaphysische Implikationen hatte, wurde sie von Neodarwinisten abgelehnt.

Noble argumentiert, dass die Epigenetik Aspekte der Lamarckschen Ideen zu rechtfertigen scheint. Er zitiert John Maynard Smith, selbst ein einflussreicher Neodarwinist, der 1998 sagte, dass der Lamarckismus „nicht so offensichtlich falsch ist, wie es manchmal angenommen wird“.12 Noble verwendet daher nach wie vor den Begriff „Vererbung erworbener Merkmale“. Das ist allerdings sehr missverständlich ausgedrückt! Denn die epigenetische Forschung zeigt, dass diese neuen Eigenschaften nicht erworben, sondern nur „eingeschaltet“ werden; alle Informationen für das neue Merkmal, das in einem Organismus entdeckt wird, waren bereits in der DNS vorhanden und wurden lediglich durch Umweltreize aktiviert. Niemand, der die Klimaanlage seines Autos infolge hoher Außentemperaturen einschaltet, würde behaupten, dass das Auto die Klimaanlage „erworben“ hat. Das Fahrzeug war stattdessen von Anfang an bereits mit einer Klimaanlage ausgestattet; die Aktivierung der Klimaanlage erfolgte einfach als Reaktion auf die Umgebungsbedingungen und verbesserte somit die „Überlebensbedingungen“ im Fahrzeug. Man sollte im Fall der Epigenetik stattdessen besser von der „Vererbung aktivierter Merkmale“ sprechen.

Professor Alan Cooper vom Australian Centre for Ancient DNS (ACAD) der Universität von Adelaide sagt: „Die Klimadaten zeigen, dass sehr schnelle Änderungen ein anhaltendes Merkmal der jüngsten Vergangenheit waren, so dass sich Organismen ebenso schnell an diese Veränderungen in ihrer Umwelt anpassen mussten. Standard Mutations- und Selektionsprozesse dürften in vielen dieser Situationen zu langsam sein.“13 Und so verspricht das Studium der Epigenetik, viele Fragen für Wissenschaftler zu beantworten, die an Modellen der biblischen Schöpfung arbeiten. Könnte es einer der Mechanismen sein, die unser allwissender und allmächtiger Gott nutzte, um die verschiedenen Arten von Lebewesen, die Er erschaffen hat, darauf vorzubereiten, sich nach dem Sündenfall (und später nach der Sintflut) schnell an unterschiedliche Umweltbedingungen anzupassen? Kinder, die kurz nach dem niederländischen Hungerwinter geboren wurden, und ihre Kinder nach ihnen mit ihren typisch kleineren Körpergrößen, hätten eine weitere, länger andauernde Hungersnot eher überlebt. Ebenso könnten in vielen Organismen epigenetische Prozesse – mit Rückkoppelungsmechanismen aus der Umwelt, die das Ein- und Ausschalten bestimmter Gene regeln – zu den Mechanismen Gottes zählen, die es seinen Geschöpfen ermöglichte, schnell auf veränderliche Umweltbedingungen zu reagieren. Dies steht im Gegensatz zu dem sich lediglich „zufälligen“ Ausdrücken unterschiedlicher genetischer Kombinationen entsprechend den Gesetzen der Mendelschen Genetik, die dann durch einen Prozess „selektiert“ werden, der das Überleben des am besten Angepassten zum Ziel hat (wobei die Überlebenden ihre Merkmale dann an ihre Nachkommen weitergeben).

Kann es sein, dass Haut-, Feder- und Fellfarben eher das Ergebnis einer epigenetischen Vorprogrammierung sind, die bei Tieren v.a. nach der Sintflut und beim Menschen nach dem Turmbau zu Babel aktiviert wurde, wobei diese derart „eingeschalteten“ Gene dann von der konventionellen Genetik (auch als sogenannte „transgenerative“ Epigenetik bezeichnet) an weitere Generationen weitergegeben wurden? Könnten scheinbar signifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten, die sonst sehr ähnlich sind, das Ergebnis epigenetischer Veränderungen innerhalb der gleichen Art, aber in verschiedenen Umgebungen gewesen sein? So hätten beispielsweise die dicken Pelz- und Talgdrüsen in den Wollhaarmammuts sie in die Lage versetzt, in sehr kalten Klimazonen zu überleben. Den modernen Elefanten fehlen diese Eigenschaften und doch sind sie ihnen in so vielerlei Hinsicht sehr ähnlich.

Könnte z.B. die Physiologie [d.h. die Funktionen und Mechanismen der Organe betreffend, Anm. d. Übers.] von Fleischfressern, wie die besondere Gestalt der Zähne, der verkürzte Darm usw., auch durch Epigenetik erklärt werden? Vielleicht wurden diese Merkmale bei vielen Mitgliedern einer Population als Reaktion auf die veränderten Umweltveränderungen nach dem Sündenfall gleichzeitig aktiviert.14

Die epigenetische Forschung gewinnt an Dynamik und enthüllt eine weitere Ebene atemberaubenden Designs. Das „Schrott-DNS“- und „Pseudogen“-Paradigma bricht ebenso schnell in sich zusammen wie der Neodarwinismus selbst. Man spürt, dass die Wissenschaftler gerade erst anfangen, an der Oberfläche des Phänomens zu kratzen, das „erstaunlich und wunderbar gemacht“15 ist.

Literaturangaben

  1. Carey, N. The Epigenetics Revolution: How Modern Biology Is Rewriting Our Understanding of Genetics, Disease, and Inheritance, Columbia University Press, 2012, accessed https://www.naturalhistorymag.com/features/142195/beyond-dna-epigenetics, 2 April, 2015. Zurück zum Text.
  2. Lumey, L. H., Reproductive outcomes in women prenatally exposed to undernutrition: a review of findings from the Dutch famine birth cohort, Proceedings of the Nutrition Society 57(1):129-135, February 1998; doi: https://dx.doi.org/10.1079/PNS19980019. Zurück zum Text.
  3. Bastiaan T., et al., Persistent epigenetic differences associated with prenatal exposure to famine in humans, PNAS 105(44):17046–17049, doi: 10.1073/pnas.0806560105. Zurück zum Text.
  4. Lumey, Ref. 1. Zurück zum Text.
  5. Efrati, I, Study: Effects of starvation can affect several generations (in worms, anyway), 29 July 2014; haartez.com. Zurück zum Text.
  6. Efrati, Ref. 4 Zurück zum Text.
  7. Noble, D, Physiology is rocking the foundations of evolutionary biology, Research by Rechavi et al., quoted in Experimental Physiology 98(8):1235–1243, August 2013; doi: 10.1113/expphysiol.2012.071134. Zurück zum Text.
  8. University of Adelaide, DNA holds clues to climate change adaptation, 2 June 2012; jpost.com. Zurück zum Text.
  9. Waterland R.A., Jirtle R.L., Transposable elements: targets for early nutritional effects on epigenetic gene regulation, Mol Cell Biol. 23(15):5293-300, 2003. Zurück zum Text.
  10. Roberts, T. C., and Morris, K. V., Not so pseudo anymore: pseudogenes as therapeutic targets, Pharmacogenomics 14(16):2023–2034. doi:10.2217/pgs.13.172, 2013. Zurück zum Text.
  11. Noble, Denis, Physiology is rocking the foundations of evolutionary biology, Experimental Physiology 98(8):1235–1243, August 2013; doi: 10.1113/expphysiol.2012.071134. Zurück zum Text.
  12. Noble, Ref. 6. Zurück zum Text.
  13. Cooper, A., Ancient DNA holds clues to climate change adaptation, January 2012; adelaide.edu.au. Zurück zum Text.
  14. Noble, Ref. 6. Zurück zum Text.
  15. Psalm 139, 14Zurück zum Text.