Freun­de fürs Le­ben?

Das Zu­sam­men­tun ver­schie­de­ner Le­bens­for­men in Mu­tua­lis­mus ist im­mer ge­fähr­det. Und sei­ne Kon­flik­te trei­ben die Evo­lu­ti­on vor­an, auch im Ge­nom.

Die Presse am Sonntag - - Wissen - VON JÜR­GEN LANGENBACH

Wenn zwei ganz ver­schie­de­ne sich zu­sam­men­tun zum ge­gen­sei­ti­gen Nut­zen, dann reicht die Band­brei­te von lo­cke­rer Zu­sam­men­ar­beit bis zur Ein­ver­lei­bung des ei­nen durch den an­de­ren. Ein klas­si­sches Bei­spiel für Ers­te­res bie­ten See­ane­mo­nen und Clown­fi­sche, die ei­gen­stän­di­ge Le­ben füh­ren, aber bes­se­re, wenn sie ein­an­der wech­sel­sei­tig vor Fein­den schüt­zen; am an­de­ren En­de der Ska­la ran­gie­ren Wir­te und En­do­sym­bi­on­ten, von ei­ner die­ser Ge­mein­schaf­ten lebt al­les mehr­zel­li­ge Le­ben: Ir­gend­wann hat ein Ein­zel­ler ei­nen an­de­ren in sich auf­ge­nom­men, ihn aber nicht ver­daut, son­dern ihm Schutz ge­währt und sich im Ge­gen­zug sei­ner Fä­hig­kei­ten be­dient, ihn als Kraft­werk ge­nutzt, als Mi­to­chon­d­ri­um. Das al­les sieht höchst har­mo­nisch aus, aber ist es das auch, und bleibt es das im­mer, und, vor al­lem: Wie wir­ken sich die­se Bin­dun­gen auf die Evo­lu­ti­on der Part­ner aus?

Ganz so weit her ist es nicht mit der Freund­schaft, das hat Jeff Go­re (MIT) an zwei Bier­he­fen be­merkt, die nur so­lan­ge gut mit­ein­an­der aus­kom­men, so lan­ge die Not sie treibt: Bei­de brau­chen ei­ne Ami­no­säu­re – die ei­ne Leu­zin, die an­de­re Tryp­to­phan –, die bei der je­weils an­de­ren als Müll an­fällt, so füt­tern sie ein­an­der, in ob­li­ga­to­ri­schem Mu­tua­lis­mus, sie müs­sen es tun. Aber dann hat Go­re die Kon­zen­tra­tio­nen der Ami­no­säu­ren in der Nähr­lö­sung er­höht: Beim ers­ten Schritt be­dien­te je­de He­fe sich noch bei der an­de­ren, aber nicht im­mer, der Mu­tua­lis­mus war fa­kul­ta­tiv ge­wor­den. Bei noch mehr Fut­ter schlug al­les um, die Ko­ope­ra­ti­on wur­de von Kon­kur­renz ab­ge­löst, am En­de starb die ei­ne He­fe aus, weil die an­de­re al­les weg­fraß (PLoS Bio­lo­gy 24. 8.).

Aber so­lan­ge die Um­wel­ten kon­stant sind, soll­ten Part­ner gut mit­ein­an­der aus­kom­men, sie un­ter­lie­gen nicht dem Druck der per­ma­nen­ten Evo­lu­ti­on. Der herrscht zwi­schen Kon­kur­ren­ten um Res­sour­cen, na­tür­lich auch zwi­schen Räu­bern und Beu­te. In der Fach­li­te­ra­tur fir­miert er als „Red Queen Hy­po­the­sis“, der Na­me stammt aus Le­wis Car­rols „Ali­ce hin­ter den Spie­geln“, in dem die Ro­te Kö­ni­gin im­mer im Eil­schritt un­ter­wegs ist: „Hier­zu­lan­de musst du so schnell ren­nen, wie du kannst, wenn du am glei­chen Fleck blei­ben willst.“

So ist das in der Kon­kur­renz. Im Mu­tua­lis­mus hin­ge­gen gibt es kei­nen Grund zum Het­zen, mehr noch: Es soll­te für al­le Be­tei­lig­ten von Nut­zen sein, Ein­ge­spiel­tes zu be­wah­ren und den Part­ner nicht mit Mu­ta­tio­nen zu be­hel­li­gen. Die Theo­re­ti­sche Bio­lo­gie hat das durch­ge­rech­net und 2003 ein Ge­gen­mo­dell zur „Red Queen“pos­tu­liert, den „Red King“, er ist be­hä­big, mu­tiert kaum (Pnas 100, S. 593). Mu­tua­lis­mus macht Bei­ne. Aber auch in der Bio­lo­gie ist die Theo­rie bis­wei­len grau: Ben­ja­min Ru­bin (Chi­ca­go) hat die Hy­po­the­se em­pi­risch ge­tes­tet, an Amei­sen aus eng ver­wand­ten Fa­mi­li­en. Die ei­nen le­ben ei­gen­stän­dig, die an­de­ren ha­ben sich ver­ge­sell­schaf­tet, mit Aka­zi­en, sie schüt­zen sie vor hung­ri­gen In­sek­ten­mäu­lern und er­hal­ten im Ge­gen­zug sü­ßen Saft. Und ih­re Mu­ta­ti­ons­ra­te ist – hö­her als die der ei­gen­stän­di­gen (Na­tu­re Com­mu­ni­ca­ti­ons 25. 8.).

War­um ist völ­lig un­klar, Ru­bin ver­mu­tet, es ge­he um An­pas­sung an den Saft. Aber die ist alt. Und in der ein­zi­gen an­de­ren Stu­die, die das Phä­no­men em­pi­risch ge­prüft hat – an ei­nem Mu­tua­lis­mus von Flech­ten und Pil­zen – und zum glei­chen Be­fund kam, war nicht die Bio­lo­gie Trieb­kraft, son­dern die Phy­sik: Der Pilz war durch die Ver­ge­sell­schaf­tung in Son­nen­licht ge­ra­ten, er muss­te sich ge­gen UV schüt­zen.

Rein bio­lo­gisch hin­ge­gen geht es in ei­nem Zu­sam­men­le­ben zu, bei dem man lang nicht auf die Idee kam, ei­ner der Part­ner könn­te den an­de­ren in der Evo­lu­ti­on vor­an­trei­ben: in der eu­ka­ryo­ti­schen Zel­le. Das ist die mit ei­nem Zell­kern (und der Mas­se der DNA) und vie­len Mi­to­chon­dri­en: Die ha­ben auch DNA, we­nig, in Tie­ren noch gan­ze 37 ko­die­ren­de Ge­ne, sie sor­gen für Pro­te­ine. Von de­nen brau­chen Mi­to­chon­dri­en aber Hun­der­te. Die meis­ten wer­den vom Rest der Zel­le ge­lie­fert und von Ge­nen im Kern ko­diert. Ja, und? Mi­to­chon­dri­en er­neu­ern sich viel ra­scher als der Rest der Zel­le, sie ha­ben des­halb viel hö­he­re Mu­ta­ti­ons­ra­ten, brau­chen nach kur­zer Zeit an­de­re Pro­te­ine, als der zu­rück­hän­gen­de Zell­kern lie­fert.

„Es ist so, wie wenn beim Tan­zen ein Part­ner in ei­nen an­de­ren Takt fällt“, ver­gleicht Evo­lu­ti­ons­bio­lo­ge Da­ni­el Slo­an (Uni­ver­si­ty of Co­lo­ra­do), ihm und sei­nem Post­doc Jus­tin Ha­vird ist das Phä­no­men auf­ge­fal­len, an Leim­kräu­tern. Die kom­men in zwei Va­ri­an­ten: Bei der ei­nen evol­viert das mi­to­chon­dria­le Ge­nom lang­sam, bei der an­de­ren zwei Grö­ßen­ord­nun­gen ra­scher. Bei der zieht das Kern-Ge­nom nach, und zwar just bei den Ge­nen bzw. Pro­te­inen, die von den Mi­to­chon­dri­en ge­braucht wer­den (Evo­lu­ti­on 69, S. 3069). Ähn­li­ches be­merk­te Fe­li­pe Bar­re­to (Ore­gon Sta­te Uni­ver­si­ty) an Ru­der­fuß­kreb­sen (Mole­cu­lar Bio­lo­gy Evo­lu­ti­on 30, S. 310). Bei­de be­rich­te­ten breit auf der Evo­lu­ti­on-Mee­ting im Ju­li in Aus­tin (Sci­ence 353, S. 334).

Part­ner un­ter­lie­gen nicht dem Druck per­ma­nen­ter Evo­lu­ti­on. Sie be­trei­ben sie doch. Die DNA im Zell­kern hinkt den ra­sche­ren Mu­ta­tio­nen de­rer in den Mi­to­chon­dri­en hin­ter­her.

Im An­schluss wur­de dann auch in ex­ten­so spe­ku­liert über die mög­li­chen Aus­wir­kun­gen des Kon­flikts im Ge­nom. Er könn­te et­wa die Art­bil­dung vor­an­trei­ben, da­durch, dass der Tanz bei man­chen Mit­glie­dern ei­ner Art her­mo­ni­scher ver­läuft als bei an­de­ren, Letz­te­re wer­den schwä­cher, das weiß man, mög­li­cher­wei­se kön­nen sie sich mit Ers­te­ren ir­gend­wann nicht mehr re­pro­du­zie­ren, sind al­so ei­ne Art ge­wor­den. An­de­re ver­mu­ten ei­nen Ein­fluss auf die Part­ner­wahl: Ge­off Hill (Au­burn Uni­ver­si­ty) ist an Fin­kenMänn­chen et­was auf­ge­fal­len: Ihr Ge­fie­der ist un­ter­schied­lich rot ge­färbt – das kräf­tigs­te sticht Weib­chen am ver­lo­ckends­ten in die Au­gen –, und das zu­stän­di­ge Pig­ment gibt es auch in Mi­to­chon­dri­en. Mög­li­cher­wei­se er­laubt al­so die Far­be des Ge­fie­ders Aus­kunft dar­über, wie gut bzw. schlecht die bei­den Ge­no­me auf­ein­an­der ein­ge­spielt sind: wie fit ein Männ­chen ist.

„Pro­vo­ka­tiv und auf­re­gend“nann­te Slo­an die­se Idee, Da­vid Rand hin­ge­gen (Brown Uni­ver­si­ty) wink­te eher ab: „Der En­thu­si­as­mus“be­züg­lich der evo­lu­tio­nä­ren Trieb­kraft des Kon­flikts im Ge­nom de­cke „sich nicht mit der Em­pi­rie“. An­de­re hin­ge­gen trei­ben die Spe­ku­la­tio­nen ins Ex­trem, Ha­vird et­wa (Bioes­says, Sep­tem­ber 2015): Er sieht das al­te Rätsel, wo­zu es se­xu­el­le Re­pro­duk­ti­on gibt, da­durch ge­löst, dass da­bei Kern-Ge­no­me stark durch­ein­an­der­ge­wür­felt wer­den, um bes­ser mit den mi­to­chon­dria­len mit­hal­ten zu kön­nen.

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