Schnabeltier frisst einen Wurm. (JohnCarnemolla/Getty Images) Die erste vollständige Karte des Genoms eines Schnabeltiers wurde gerade veröffentlicht und sie ist genauso seltsam, wie man es von einer Kreatur mit 10 Geschlechtschromosomen, einem Paar giftiger Sporen und einem Fell erwarten würde fluoreszierendes Fell und Haut, die Milch „schwitzt“.
Das Schnabeltier mit Entenschnabel ist wirklich eines der seltsamsten Lebewesen der Erde. Zusammen mit dem Stacheligel gehören diese beiden australischen Tiere zu einer hochspezialisierten Gruppe von Säugetieren, den sogenannten Monotremen, die sowohl Eier legen als auch ihre Jungen mit Milch säugen.
Die Gene beider sind relativ primitiv und unverändert und offenbaren eine bizarre Mischung aus mehreren Wirbeltierklassen, darunter Vögel, Reptilien und Säugetiere.
So unterschiedlich das Schnabeltier auf den ersten Blick auch erscheinen mag, es sind genau diese Unterschiede, die unsere Ähnlichkeiten und unsere gemeinsame Abstammung mit den anderen Wirbeltieren der Erde offenbaren.
Wissenschaftler glauben, dass sein Genom uns Geheimnisse über unsere eigene Evolution und den Weg unserer entfernten Säugetiervorfahren von der Eiablage bis zur Geburt verraten könnte.
„Das vollständige Genom hat uns Antworten darauf geliefert, wie einige der bizarren Merkmale des Schnabeltiers entstanden sind“, erklärt Evolutionsbiologe Guojie Zhang von der Universität Kopenhagen.
„Gleichzeitig ist die Entschlüsselung des Genoms des Schnabeltiers wichtig, um unser Verständnis darüber zu verbessern, wie sich andere Säugetiere entwickelt haben – auch wir Menschen.“
In früheren Jahren wurde ein Teil des Genoms eines weiblichen Schnabeltiers sequenziert, aber ohne Y-Chromosomensequenzen fehlten viele Informationen.
Anhand eines männlichen Schnabeltiers haben Forscher nun eine physische Karte mit einem hochpräzisen Schnabeltiergenom erstellt.
Heutzutage werden lebende Säugetiere in drei Gruppen eingeteilt, darunter Monotreme, Beuteltiere und Eutherier oder „Plazentatiere“. Wir Menschen gehören zu dieser letzten Gruppe.
Zusammen bilden die beiden letztgenannten eine Unterklasse namens therianische Säugetiere . Therianische Säugetiere bringen alle lebende Junge zur Welt, aber Monotreme sind einfach zu unterschiedlich, um ebenfalls in diese Gruppe eingeordnet zu werden.
Es ist immer noch unklar, wann alle drei dieser unterschiedlichen Gruppen erstmals voneinander zu abweichen begannen. Einige meinen, die Monotremen hätten sich zuerst abgespalten, gefolgt von Beuteltieren und Eutherianern. Andere glauben, dass alle drei Gruppen auseinander gingen ungefähr zur gleichen Zeit .
Das Genom des Schnabeltiers hat nun zur Aufklärung einiger Datierungen beigetragen. Die aus den Abstammungslinien der Ameisenigel und Schnabeltiere gesammelten Daten deuten darauf hin, dass ihr letzter gemeinsamer Vorfahre vor bis zu 57 Millionen Jahren lebte.
Mittlerweile scheinen sich die Monotreme als Ganzes vor etwa 187 Millionen Jahren von Beuteltieren und Eutherian-Säugetieren abgespalten zu haben.
Selbst nach all dieser Zeit ist das semi-aquatische Schnabeltier bemerkenswert unverändert geblieben und hat im australischen Busch eine Nische gefunden, die für viele Beuteltiere und Säugetiere einfach nicht geeignet ist.
Die Autoren interessierten sich insbesondere für die Geschlechtschromosomen des Tieres, die offenbar unabhängig von anderen Therian-Säugetieren entstanden sind und alle ein einfaches XY-Paar enthalten.
Das Schnabeltier ist jedoch das einzige bekannte Tier mit 10 Geschlechtschromosomen (Ameisenigel haben neun). Schnabeltiere haben 5X- und 5Y-Chromosomen, die in einem Ring angeordnet sind, der im Laufe der Säugetierevolution offenbar in Stücke zerbrochen ist.
Beim Vergleich dieser Chromosomeninformationen mit den Genomen von Menschen, Opossums, Tasmanischen Teufeln, Hühnern und Eidechsen stellten die Autoren fest, dass die Geschlechtschromosomen des Schnabeltiers mehr mit Vögeln wie Hühnern gemeinsam haben als mit Säugetieren wie Menschen.
Aber während Schnabeltiere wie Hühner Eier legen, füttern sie ihre Jungen mit Milch wie therische Säugetiere.
Es ist daher keine allzu große Überraschung, dass die Genome von Monotremen die meisten Milchgene enthalten, die auch andere therische Säugetiere besitzen.
Casein-Gene helfen bei der Kodierung bestimmter Proteine in der Milch von Säugetieren, aber Monotreme scheinen über zusätzliche Caseine mit unbekannten Funktionen zu verfügen. Allerdings ist ihre Milch nicht unähnlich der Milch einer Kuh oder sogar eines säugenden Menschen.
Daher ist das Schnabeltier wahrscheinlich nicht so stark auf Eiproteine angewiesen wie andere Vogel- und Reptilienarten, da es seine Jungen später über die Laktationsdrüsen auf seiner Haut ernähren kann.
Sein Genom unterstützt dies. Während Vögel und Reptilien auf drei Gene angewiesen sind, die für die wichtigsten Eiproteine kodieren, scheint das Schnabeltier den Großteil dieser Gene vor etwa 130 Millionen Jahren verloren zu haben. Heutzutage verfügen Hühner über alle drei Eiprotein-Gene, Menschen über keines und das Schnabeltier hat nur noch eine voll funktionsfähige Kopie.
Das Schnabeltier ist ein seltsames Mittelding und sein Genom ist eine Art Brücke zu unserer eigenen evolutionären Vergangenheit.
„Es zeigt uns, dass die Milchproduktion bei allen heute existierenden Säugetierarten durch denselben Satz von Genen entwickelt wurde, die von einem gemeinsamen Vorfahren stammen, der vor mehr als 170 Millionen Jahren neben den frühen lebte.“ Dinosaurier in der Jurazeit“, Zhang sagt .
Das vollständige Genom hat auch den Verlust von vier Genen offenbart, die mit der Zahnentwicklung in Zusammenhang stehen und wahrscheinlich vor etwa 120 Millionen Jahren verschwunden sind. Zum Fressen nutzt das Schnabeltier nun ein Paar hornähnlicher Teller, um seine Nahrung zu zermahlen.
Die giftigen Sporen an den Hinterbeinen können möglicherweise durch die Defensin-Gene des Lebewesens erklärt werden, die mit dem Immunsystem anderer Säugetiere in Verbindung stehen und offenbar einzigartige Proteine in ihrem Gift hervorbringen. Ameisenigel, deren vollständige Genome ebenfalls sequenziert wurden, scheinen dieses wichtige Giftgen verloren zu haben.
Die Autoren sagen Ihre Ergebnisse repräsentieren „einige der faszinierendsten Biologien von Schnabeltieren und Ameisenigeln“.
„Die neuen Genome beider Arten werden weitere Einblicke in therische Innovationen sowie die Biologie und Evolution dieser außergewöhnlichen eierlegenden Säugetiere ermöglichen“, sagen sie daraus schließen .
Die Studie wurde veröffentlicht in Natur .