Wie die dreidimensionale DNA-Struktur die Evolution von Kraken und Tintenfischen prägte
Forschende der Universität Wien haben die räumliche Struktur des Erbguts von Kopffüßern untersucht. Die Ergebnisse zeigen, wie urzeitliche Genom-Umbauten die Entstehung komplexer Nervensysteme begünstigt haben könnten.
Kraken, Tintenfische und Sepien verfügen über ein bemerkenswert großes und detailreich aufgebautes Nervensystem. Diese biologische Komplexität ermöglicht den Tieren anspruchsvolle Verhaltensweisen wie rasche Tarnung oder gezielte Problemlösungen. Eine aktuelle Untersuchung der Universität Wien zeigt nun, dass die Ursachen hierfür nicht allein in den Genen selbst liegen, sondern maßgeblich davon beeinflusst werden, wie das Genom im dreidimensionalen Raum einer Zelle gefaltet ist.
Neue Einblicke in die Genomarchitektur
Für die im Fachjournal Nature Communications erschienene Publikation rekonstruierte das Forschungsteam die 3D-Struktur des Erbguts von verschiedenen Coleoiden. Dabei verknüpften die Fachleute Daten zur tatsächlichen DNA-Struktur mit Messungen der Genaktivität. Die Analysen belegen, dass eine gewaltige Welle der Genom-Reorganisation vor Hunderten von Millionen Jahren das Erbgut dieser Tiere grundlegend umgestaltet hat. Früher weit voneinander entfernte Chromosomenregionen rückten dadurch nah zusammen.
Wenn solche getrennten DNA-Abschnitte in physischen Kontakt treten, beeinflussen sie die Aktivität der jeweils anderen Region. Über geologische Zeiträume hinweg verfestigen sich diese Kontakte zu komplex vernetzten Systemen der Regulation. Die Hauptautorin der Studie erläuterte dazu, dass das Genom weit mehr darstellt als eine lineare Abfolge von Genen und seine Faltung entscheidend für die biologische Entwicklung ist.
Dynamische Schleifen und stabile Domänen
Nicht alle Bereiche des Erbgutes reagierten im gleichen Maße auf die historischen Umwälzungen. Große strukturelle Einheiten, die sogenannten Chromatindomänen, erwiesen sich im evolutionären Verlauf als weitgehend konstant. Im deutlichen Gegensatz dazu standen feinere Verbindungen, die sogenannten Chromatinschleifen.
Diese Schleifen zeigen ein hohes Maß an Dynamik und verändern sich stark je nach Art, Gewebe und jeweiligem Entwicklungsstadium. Besonders häufig treten sie in unmittelbarer Nähe jener Gene auf, die für charakteristische Merkmale von Kopffüßern und insbesondere für deren Nervensystem von Bedeutung sind. Dies legt nahe, dass diese flexibleren Bereiche stark auf die großräumigen Verschiebungen der DNA-Organisation reagieren.
Zusammengenommen stellen diese Beobachtungen die gängige wissenschaftliche Auffassung infrage, wonach die Architektur eines Genoms lediglich das passive Ergebnis der Evolution darstellt. Stattdessen deuten die Daten darauf hin, dass die dreidimensionale Anordnung der Erbsubstanz aktiv den evolutionären Weg mitbestimmt und bei Kopffüßern maßgeblich zur Entwicklung ihrer ausgeprägten Gehirnstrukturen beigetragen haben könnte.
Quelle: Universität Wien
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