Warum erst bei uns das Gehirn so groß wurde

Biologie. Die Verdopplung eines zuständigen Gens kam früh, blieb aber bei Schimpansen und Gorillas folgenlos. Erst bei unseren Ahnen konnte sie ihre Macht entfalten: Sie bremst die Entwicklung des Gehirns und versorgt es im Gegenzug mit mehr Zellen.

Wir sind die Großkopferten der Evolution, auch wenn umstritten ist, ob schieres Volumen Intelligenz bringt oder die innere Organisation: Die kleinen Gehirne von Rabenvögeln etwa leisten Großes. Aber staunen lässt schon, dass unser Gehirn so viel mehr Volumen hat als das unserer Cousins, der Schimpansen. Bei ihnen sind es 450 Kubikzentimeter, bei uns 1200 – es schwankt individuell stark –, der große Schub kam vor drei Millionen Jahren mit Homo erectus.

Wodurch kam er, auf der molekularen Ebene? Weil sich bei den Teilen des Genoms, die für die Produktion von Proteinen zuständig sind, kaum Differenzen zwischen Menschen und Schimpansen gefunden haben, konzentriert man sich auf die Teile, die andere Gene regulieren. Dabei sind nun zwei Gruppen auf einen zentralen Spieler gestoßen, er gehört zum Notch-Signalweg, der ist uralt, regelt in der Embryogenese die Ent- wicklung vieler Körperteile, bei Fruchtfliegen etwa die der Flügel, denen verschafft er eine Kerbe („Notch“), man merkte es 1917, in den 80er-Jahren wurde die Sequenz geklärt.

Auch die Entwicklung des Gehirns ist von Notch mitbestimmt, und beim Menschen kann etwas fehllaufen: Wir haben auf Chromosom 1 lange DNA-Segmente, die auch verdoppelt oder stillgelegt sein können, in beiden Fällen bringen sie Fehlentwicklungen, man fasst sie unter „1q21.1 deletion/duplication syndrome“zusammen: Sind sie stillgelegt, werden die Gehirne zu klein („Mikrozephalie“) und von Autismus bedroht; im umgekehrten Fall werden sie übergroß und haben ein erhöhtes Risiko von Schizophrenie. In dieser Region hat David Haussler (UC Santa Cruz) im Vergleich von Makaken und Menschen nun eine spezifisch menschliche Variante von Notch identifiziert: Notch2nl (Cell 31. 5.).

Auf die Primaten kam diese bei einem gemeinsamen Ahnen von Mensch, Schim- panse und Gorilla durch eine Verdopplung des Gens Notch2, das haben alle Säugetiere. Aber die Verdopplung brachte zunächst nichts – die Gehirne von Schimpansen und Gorillas blieben klein –, die Kopie war funktionsunfähig, ein Pseudogen. Das änderte sich erst beim Menschen, vor drei bis vier Millionen Jahren, da wurde das Pseudogen im Zuge neuer Verdopplungen aktiv.

Geringeres Tempo garantiert Größe

Diese griffen in die Entwicklung von Gehirnstammzellen dadurch ein, dass sie sie verzögerten: Aus jeder dieser Stammzellen wurden bei der Teilung nicht zwei ausdifferenzierte Zellen, nur eine der Töchter war das, die andere war wieder eine Stammzelle, das hat Pierre Vanderhaegen (Brüssel) gerade an Organoiden gezeigt, Minigehirnen in der Petrischale (Cell 31. 5.).

Das bringt das Gehirn langsamer voran, schafft aber auf Dauer einen viel größeren Pool von Zellen: „Zu den Charakteristika des Menschen gehören größere Gehirne und eine verzögerte Gehirnentwicklung. Und nun sehen wir molekulare Mechanismen, die diesen evolutionären Trend in sehr frühen Stadien der Entwicklung unterstützen“, schließt Haussler und vermutet, dass sich noch ähnliche Gene finden werden.