(Andrew Onufriyenko/Moment/Getty Images) Es ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass die Evolution einen Orientierungssinn hat – eine Vorstellung, die Biologie-Nerds auf der ganzen Welt ständig zu korrigieren versuchen.
Neue Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass an diesem Missverständnis möglicherweise ein Anschein von Wahrheit steckt, zumindest mehr, als uns jemals bewusst war.
Auch wenn es nicht so einfach ist wie eine Mutation mit einem bestimmten Ziel, so scheint es doch, dass nicht alle DNA gleich ist, wenn es darum geht, veränderbar zu sein. Zumindest nicht bei einem blühenden Unkraut am Straßenrand, das als Ackerschmalwand bekannt ist ( Arabidopsis thaliana ).
„Wir dachten immer, Mutationen seien grundsätzlich zufällig im gesamten Genom“, sagt Pflanzenwissenschaftler Gray Monroe von der University of California, Davis.
„Es stellt sich heraus, dass die Mutation sehr nicht zufällig ist, und zwar in einer Weise, die der Pflanze zugute kommt.“ „Es ist eine völlig neue Art, über Mutationen nachzudenken.“
Für ein genetische Mutation Um überhaupt etwas (oder eine Variante) entstehen zu lassen, müssen mehrere Dinge stimmen. Zunächst muss die DNA in Keimbahnzellen verändert werden – Zellen, die ihr genetisches Material an die Nachkommen eines Organismus weitergeben.
Dabei kann es sich um die Veränderung eines einzelnen „Buchstabens“ in einer DNA-Sequenz handeln, beispielsweise durch UV-Schäden, um den Verlust eines Gens oder um die Verwechslung eines gesamten Chromosoms durch Fehler beim Kopieren und Weitergeben des genetischen Materials An.
Dann muss dieser Schaden mehreren zellulären Mechanismen entgehen, die die Übertragung solcher Veränderungen verhindern sollen. Das beinhaltet DNA-Reparatursysteme oder, bei extremen Mutationen, programmierter Zelltod ( Apoptose ).
Wenn die Mutation diesen Prozessen entgeht, kann sie an die nächste Generation weitergegeben werden.
Die meisten Mutationen die die Änderung eines einzelnen „Buchstabens“ beinhalten, sind insofern neutral, als sie keine wesentlichen Änderungen in der Form oder Funktion des Organismus nach sich ziehen.
Bei denjenigen, die Veränderungen hervorrufen, kann es jedoch von den Launen der natürlichen Selektion abhängen, ob sie sich auf die nachfolgenden Generationen auswirken.
An diesem Punkt wurde angenommen, dass die Evolution den Großteil der Unterscheidung zwischen den guten Mutationen und den Blindgängern übernimmt. Wenn beispielsweise eine Mutation das Überleben einer Pflanze oder eines Tieres beeinträchtigt, ist es unwahrscheinlich, dass sie lange anhält.
Während Selektionskräfte einschränken können, welche Mutationen über Generationen hinweg weitergegeben werden, wird die Mutation selbst allgemein als unvorhersehbarer Würfelwurf durch die genetische Bibliothek des Organismus angesehen.
„Seit der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wird die Evolutionstheorie von der Idee dominiert, dass Mutationen treten hinsichtlich ihrer Folgen zufällig auf ,' schreibt das Team in ihrer Arbeit.
Monroe und Kollegen verwendeten das pflanzliche Äquivalent einer Laborratte – die oben erwähnte Ackerschmalwand –, um die Annahme zu testen, dass die Mutation tatsächlich zufällig über ein Genom verteilt war. Sie analysierten die Genome von 400 Pflanzenlinien und stellten zu ihrer Überraschung fest, dass dies nicht das war, was ihre Daten zeigten.
Stattdessen stellten sie fest, dass bestimmte Regionen des Pflanzengenoms weitaus anfälliger für Mutationen waren als andere.
„Das sind die wirklich wichtigen Regionen des Genoms“ sagt Monroe. „Die biologisch wichtigsten Bereiche sind diejenigen, die vor Mutationen geschützt sind.“
Dies galt unabhängig davon, ob sie kodierende oder nicht-kodierende Teile des genetischen Codes betrachteten, was darauf hindeutet, dass der Effekt nicht auf bestimmte DNA-Typen zurückzuführen ist, sondern auf die Region als Ganzes.
„Evolution rund um Gene in.“ Arabidopsis scheint in größerem Maße durch Mutationsverzerrungen als durch Selektion erklärt zu werden“, Munroe und Team schreiben , und erklärt, dass, wenn diese Diskrepanz später durch natürliche Selektion verursacht worden wäre, ihre Analyse mehr einzigartige Genvariationen entdeckt hätte als beobachtet (da diese später im Prozess verloren gegangen wären).
Darüber hinaus enthüllten die Daten epigenetische Faktoren, etwa die Art und Weise, wie die DNA um bestimmte Proteine gewickelt ist, und DNA-Reparaturmechanismen, die vorhersagen, welche Teile des Genoms weniger anfällig für Mutationen sind. Es gab bereits starke Beweise dass die DNA-Reparatur auf aktive Genregionen abzielt, was diese Studie auch unterstützt.
Zu wissen, wie der Acker die Herausforderungen bei Mutationen aufwirft, könnte nicht nur Auswirkungen auf andere Pflanzen haben, sondern auch auf das Verständnis der Evolution und von Krankheiten bei nahezu allen Arten.
„Das bedeutet, dass wir vorhersagen können, welche Gene mit größerer Wahrscheinlichkeit mutieren als andere, und es gibt uns eine gute Vorstellung davon, was vor sich geht.“ sagt Weigel.
„Das ist spannend, denn wir könnten diese Entdeckungen sogar nutzen, um darüber nachzudenken, wie wir menschliche Gene vor Mutationen schützen können.“
Diese Ergebnisse legen nahe, dass die natürliche Selektion die Wahrscheinlichkeit von Mutationen in der genetischen Bibliothek eines Organismus verzerrt hat.
Während also eine einzelne Mutation hinsichtlich ihrer Folgen tatsächlich immer noch zufällig ist, ist die Position im Genom so verzerrt, dass sie das Überleben eines Organismus begünstigt, noch bevor mögliche Auswirkungen der Mutation im Spiel der natürlichen Selektion ins Spiel kommen.
Ihre Forschung wurde veröffentlicht in Natur .