Studie

Der Schwangerschafts-Trick der Evolution

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Silvia von der Weiden

Dass Babys in der Gebärmutter reifen, haben sie Viren zu verdanken – sie wurden ins Erbgut einverleibt und brachten die Gene dafür mit

Viren gelten nicht gerade als nützlich. Weil sie sich nicht selbst vermehren können, haben sie im Laufe der Evolution gewiefte Fähigkeiten entwickelt, um ihre meist wenigen Gene in die Zellen eines geeigneten Wirtes einzuschleusen. Der vermehrt sie dann. Meist erkrankt der Wirt unter dem Diktat der parasitischen Gene, nicht selten endet der dreiste Überfall für ihn gar tödlich. Einige Viren, sogenannte Retroviren, können sich sogar in das Genom ihres Wirtes integrieren. Sie werden sie von ihrem Wirt „gezähmt“.

Sind Ei- oder Samenzelle von der Aufnahme betroffen, bringen es die einstmaligen Viren gar zur Unsterblichkeit. Von nun an werden die als „Transposons“ bezeichneten, sesshaft gewordenen Virengene von Generation zu Generation weitergegeben. Damit nimmt die Beziehung zwischen Wirt und Parasit nicht selten eine überraschende Wende. Im Laufe langer Zeiträume wandeln sich die üblen Gesellen im Genom buchstäblich zu Geburtshelfern neuer Errungenschaften der Evolution.

Auf diese Weise haben Viren wahrscheinlich sogar die Schwangerschaft moderner Säugetiere ermöglicht, bei der der Embryo vollständig geschützt im Mutterleib heranwächst. Zu dem Ergebnis kommt nun eine Untersuchung eines Wissenschaftlerteams unter Leitung der Universität Chicago im Fachblatt „Cell Reports“.

Vergleich mit Vögeln und Reptilien

Um die mit der Evolution der Säugerschwangerschaft einhergehenden genetischen Veränderungen zu untersuchen, analysierten die Forscher alle in der Gebärmutter aktiven Gene bei den unterschiedlichen Gruppen von Säugern. Verglichen wurden so die Genome von ursprünglichen Säugern wie dem Eier legenden Schnabeltier, der zu den Beuteltieren gehörenden Beutelratte, die ihre Jungen noch im völlig unreifen Zustand gebärt und sie dann in einem Beutel bei sich trägt, bis sie „fertig“ entwickelt sind, und von verschiedenen Plazentatieren. Die umfassen jene Säuger, deren Junge lange Zeit in einer Gebärmutter wachsen und über einen Mutterkuchen, die Plazenta, ernährt werden. Dazu gehören beispielsweise auch Maus und Mensch.

Um herauszufinden, welche Gene Neuerungen bei der Evolution der Jungenreifung in den verschiedenen Säugergruppen mit sich brachten, bezogen die Forscher auch die für die Reproduktion verantwortlichen Gene von Vögeln, Reptilien und Amphibien in die vergleichende Untersuchung mit ein. Mit Rechenverfahren, die die Prinzipien der natürlichen Evolution nachbilden, wurden die Befunde schließlich ausgewertet.

So stellte sich heraus, dass die Transposons – also von frühen Säugetieren in ihren Organismus einverleibte Viren – für die meisten genetischen Veränderungen verantwortlich sind, die die Embryonenreifung vollständig in das Körperinnere verlegten. „Die Evolution der Säugerschwangerschaft verdanken wir somit genomischen Parasiten, die sesshaft wurden“, fasst Studienleiter Vincent Lynch, Professor für Humangenetik an der Universität Chicago, zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass seit der Zeit, als die Vorfahren der echten Säuger das Eierlegen zugunsten der Lebendgeburt aufgaben, mehr als 1000 Gene verändert wurden, von denen die meisten neue Aufgaben bei der Kommunikation zwischen Mutter und dem in ihrem Körper heranreifenden Embryo übernommen haben.

Immunsystem anpassen

In einem ersten Schritt wurden Hunderte von Gene stillgelegt, die an der Bildung der Eierschale beteiligt waren. Damals, vor etwa 200 Millionen Jahren, herrschte auf der Erde trocken-heißes Klima, da sich alle Landteile zu einem Superkontinent vereinigt hatten. Die meisten Wissenschaftler glauben heute, dass das extreme Klima der Impulsgeber für die frühen Säuger war, um die Keimesentwicklung in den Schutz des mütterlichen Organismus zu verlegen. Der Anfang zur Entwicklung moderner Säuger war gemacht, doch stellte sich damit sogleich eine große Herausforderung: die Immunregulation. „Der Embryo besitzt zur Hälfte mütterliche und väterliche Gene. Er ist somit für das Immunsystem der Mutter ein Fremdkörper, der angegriffen und abgestoßen würde, wenn nicht besondere Vorkehrungen getroffen werden“, sagt Lynch.

An diesem Punkt der Säugerevolution sprangen die ehemaligen Virengene buchstäblich ein. Denn Transposons sind auch als springende Gene bekannt. Ausgelöst etwa durch extreme Lebensumstände können sie ihren Platz im Genom wechseln und sich an anderer Stelle wieder ins Erbgut einfügen. Die reguläre Genfunktion ist dann unterbrochen, Krankheiten können die Folge sein. Manchmal verhilft der spontane Sprung im Erbgut dem betroffenen Organismus aber zu einem Vorteil. Etwa wenn springende Gene neue Funktionen ermöglichen, wie die Entwicklung eines Organs, das den Stoffaustausch zwischen Embryo und Mutter übernimmt, ohne dass es zu Abstoßungsreaktionen kommt. Diese komplexe Aufgabe übernimmt bei den fortgeschrittenen Säugern der Mutterkuchen (Plazenta). Gebildet wird die Plazenta von der Gebärmutter. Die Forscher identifizierten Hunderte umgewidmeter Gene in der Gebärmutter. „Transposons sind wie vorproduzierte regulatorische Einheiten. Dort wo sie sich einbauen, beeinflussen sie das Ablesen anderer Gene und können so innerhalb kurzer Zeit große Veränderungen bewirken“, erklärt Lynch.

Beispielsweise war ein Virus mit dem Kürzel HERV-W an der Ausbildung einer Grenzschicht zwischen Plazenta und Gebärmutter beteiligt. Zwischen den beiden Geweben bildet diese eine gemeinsame Außenmembran mit besonderen Eigenschaften. Sie ermöglicht den Transport von Sauerstoff und Nahrung zum Embryo und den Durchtritt von Abfall in die umgekehrte Richtung. Für Blutkörperchen und andere Zellen bildet sie jedoch eine Barriere und verhindert so eine Abwehrreaktion des mütterlichen Organismus. Wie existenziell die Virusgene für die normale Entwicklung der Schwangerschaft sind, beweist das Experiment, das Forscher von der Universität Glasgow bei 20 trächtigen Schafen vornahmen. Als sie den schwangeren Tieren ein Mittel gegen das auch bei Schafen in einer Entsprechung vorkommende, aktive HERV-W spritzen, kam es in allen Fällen zu Aborten.

Und das Schwangerschaftshormon Progesteron verdanken die Säugetiere einem Transposon mit der Bezeichnung MER20. Bei den Säugern erhält es die Schwangerschaft aufrecht und wird von der Plazenta gebildet. Dort regt es das Wachstum der Gebärmutterschleimhaut an und bereitet diese auf die Einbettung der befruchteten Eizelle vor. Außerdem verhindert es während der Schwangerschaft, dass weitere Eizellen heranreifen. „Ohne die Mitwirkung von Viren, die gezähmt und ins Erbgut aufgenommen wurden, würden die Säugetiere wohl noch immer Eier legen, und uns gäbe es nicht“, ist Vincent Lynch überzeugt.