Epigenetik: Lamarck hatte (teilweise) recht

     

Die Giraffe bekam einen langen Hals, weil sie an das Laub der Bäume wollte - mit diesem Zerrbild wurde Jean-Baptiste de Lamarck lange verspottet. Neue Erkennt­nisse werfen jedoch ein milderes Licht auf seine Evolutions­theorie.

Die Lehrmeinung stand lange fest: Nur spontane Gen-Mutationen können das Erbgut verändern, nicht die direkte Interaktion mit der Umwelt. Doch die Wissenschaft vollzog eine Kehrtwende: Das Wechselspiel von Genom und Umwelt - die Epigenetik - ist nun in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Dem Ansehen von Lamarck hat das gut getan1.

Vererbung nach Lamarck

Die Abfolge der Buchstaben im Erbgut (die DNA-Sequenz) speichert alle wesentlichen Informationen - das bleibt weiterhin korrekt. Aber jetzt wissen Forscher, dass die Erbinformation veränderbar ist: Markierungen auf den einzelnen Buchstaben (den DNA-Basen) können Teile des Genoms an- oder abschalten. Die Aktivität einzelner Gene wird so an die Umwelt angepasst.

Umwelt und Gene

Diese neue Informationsebene auf dem Genom, das Epigenom (epi: griech. auf, darüber), wird von der Umwelt beeinflusst. Und damit beschäftigt sich die Epigenetik - dem Zusammenspiel zwischen Umwelt und Genom.

Umwelt-Einflüsse waren auch ein zentraler Punkt in Lamarcks Theorie (vom Genom wusste er noch nichts). Der Gebrauch oder Nicht-Gebrauch von Organen sollte deren Funktion verändern, und diese Änderungen würden an die Nach­kommen vererbt. So entwickelte sich die Giraffe und ihr langer Hals.

Die Epigenetik rehabilitiert Lamarck in einem Punkt: Die Umwelt spielt eine direkte Rolle bei der Ausprägung und Ver­wen­dung der Erbinformation. Doch zwei weitere, sehr entscheidende Punkte seiner Theorie bleiben fragwürdig.

Fortschritt der Evolution?

Erstens: gemäß Lamarck erfolgen Veränderungen zielgerichtet. Körper­organe entwickeln sich Schritt für Schritt auf eine höheres Niveau, und jeder Schritt bedeutet eine bessere Anpas­sung an die Umwelt.

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Die Epigenetik sieht etwas anderes. Das Epigenom steuert vor allem die Zusammen­arbeit der Zellen innerhalb eines Organs, nicht die Entwicklung eines Organs und den Erwerb einer neuen Funktion. Nur wenige epigenetische Markierungen werden an die nächste Generation vererbt - und die stellen keinen sichtbaren neuen Entwicklungsschritt dar.

Zweitens: Lamarcks Veränderungen werden an alle folgenden Generationen weitergegeben. Epigenetische Markierungen hingegen werden zwar bei Pflanzen stabil vererbt, aber wohl nicht bei Säugetieren. Spätestens in der dritten Generation ist das Epigenom wieder in seinem ursprünglichen Zustand2 - die Veränderungen sind kurzlebig und tragen nicht zum evolutionären Fortschritt bei.

Die Urzeugung

Dazu kommt, dass die Vererbung erworbener Eigenschaften nur ein Teilaspekt von Lamarcks Evolutionstheorie war. Der Kern seiner Lehre lautete: Leben entsteht in einem spontanen Prozess der Urzeugung und entwickelt sich kontinuierlich zu einem höheren Zustand weiter.

Nur Spott als Dank: Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) veröffentlichte 1809 die erste zusammen­hängende Theorie der Evolution - und wurde dafür lange der Lächerlichkeit preis­gegeben. (Bild: Valerie75)

Diese Urzeugung erfolgte mehrfach unabhängig voneinander und brachte die unter­schiedlichen Lebensformen hervor: Pflanzen, Tiere und Menschen hätten somit keinen gemein­samen Vorfahren. Spätestens an diesem Punk kollidiert Lamarcks Theorie mit der modernen Naturwissenschaft.

Lamarcks bleibende Leistungen

Die neuen Erkenntnisse der Epigenetik sind daher keine Bestätigung von Lamarcks Theorien. Aber sie bieten Anlass, Lamarcks Ruf zu rehabilitieren: Er war ein sorg­fältiger Wissenschaftler mit bleibenden Leistungen, wenn auch eher bei der Erforschung der Wirbellosen - und sei es nur, weil er diesen Begriff in die Biologie eingeführt hat.

Und so ist es auch eine Fadenwurm, der das erste eindeutige Beispiel für eine Lamarck'sche Vererbung liefert: Der Wurm bildet eine Resistenz gegen Viren aus - und vererbt sie, unabhängig vom Genom, an viele nachfolgende Generationen weiter3. Zumindest bei den Wirbellosen, seinem eigentlichen Fachgebiet, lag Lamarck mit seiner Evolutions­theorie nicht völlig falsch.

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1 Handel et al., Is Lamarckian evolution relevant to medicine?, BMC Medical Genetics 2010, vol. 11, pp. 73-5 (link)
2 Finer et al., The Hunt for the Epiallele, Environmental and Molecular Mutagenesis 2011, vol. 52, pp. 1-11 (link)
3 Rechavi et al., Transgenerational Inheritance of an Acquired Small RNA-Based Antiviral Response in C. elegans, Cell 2011, vol. 147, pp. 1248-56 (link)
4 Deans und Maggert, What do you mean,“epigenetic”?, Genetics 2015 (link)

Vererbung nach Lamarck

Lamark'sche Vererbung: Ein Faden­wurm vererbt eine Resistenz gegen Viren unabhängig vom Genom. Nach einer gängigen Definition4 ist dies aber auch keine epigenetische Verbung, da die Chromosomen nicht verändert werden.

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Kurz und knapp

  • Lamarck nahm an, dass die Umwelt die Entwicklung von Körperorganen bedingt
  • neue Erkenntnisse der Epigenetik zeigen, dass die Umwelt tatsächlich das Genom beeinflussen kann
  • doch epigenetische Änderungen sind nicht zielgerichtet und - zumindest bei Säugetieren - nicht dauerhaft vererbbar
  • die Epigenetik ist daher keine Bestätigung von Lamarcks Auffassung der Evolution