Ein Comeback der Lamarckschen Evolution?

Die Auswirkungen der Umwelt eines Tieres während der Adoleszenz können laut zwei neuen Studien an zukünftige Nachkommen weitergegeben werden. Falls auf den Menschen anwendbar, deuten die an Nagetieren durchgeführten Untersuchungen darauf hin, dass die Auswirkungen sowohl der Kindheitserziehung als auch des frühen Missbrauchs Generationen umfassen könnten. Die Ergebnisse stützen eine 200 Jahre alte Evolutionstheorie, die weitgehend verworfen wurde: die Lamarcksche Evolution, die besagt, dass erworbene Eigenschaften an Nachkommen weitergegeben werden können.

DNA zum Schweigen bringen: Das Hinzufügen von Methylgruppen an bestimmten Stellen im Genom kann die Expression markierter Gene verändern. Der als DNA-Methylierung bekannte Prozess ist ein Mechanismus der epigenetischen Veränderung, einer erblichen Veränderung, die die Sequenz der DNA selbst nicht verändert. In diesem Bild stellen farbige Balken die Basen dar, aus denen ein DNA-Strang besteht, während die grünen Kreise die Methylierung darstellen.

Die Ergebnisse seien äußerst überraschend und unerwartet, sagt Li-Huei Tsai, ein Neurowissenschaftler am MIT, der nicht an der Forschung beteiligt war. Tatsächlich fand eine der Studien heraus, dass eine Steigerung der Fähigkeit des Gehirns, sich neu zu verdrahten, und eine entsprechende Verbesserung des Gedächtnisses weitergegeben werden könnten. Diese Studie ist wahrscheinlich die erste Studie, die zeigt, dass transgenerationale Auswirkungen nicht nur auf das Verhalten, sondern auch auf die Plastizität des Gehirns bestehen.



In den letzten Jahren haben Wissenschaftler entdeckt, dass epigenetische Veränderungen – vererbbare Veränderungen, die die DNA-Sequenz selbst nicht verändern – eine wichtige Rolle bei der Entwicklung spielen und genetisch identischen Zellen ermöglichen, unterschiedliche Eigenschaften zu entwickeln; epigenetische Veränderungen spielen auch bei Krebs und anderen Erkrankungen eine Rolle. (Die Definition von Epigenetik ist etwas variabel, wobei einige Wissenschaftler den Begriff einschränken, um sich auf spezifische molekulare Mechanismen zu beziehen, die die Genexpression verändern.) Die meisten epigenetischen Studien waren auf einen zellulären Kontext beschränkt oder untersuchten die epigenetischen Wirkungen von Medikamenten oder der Ernährung in utero . Diese beiden neuen Studien sind insofern einzigartig, als die Umweltveränderung, die den Effekt auslöst – Bereicherung oder früher Missbrauch – vor der Schwangerschaft auftritt. Geben Sie Müttern Chemikalien, und dies kann die Nachkommen und die nächste Generation beeinträchtigen, sagt Larry Feig , einem Neurowissenschaftler an der Tufts University School of Medicine in Boston, der einen Teil der Forschung beaufsichtigte. In diesem Fall geschah [die Umweltveränderung] lange bevor die Mäuse überhaupt fruchtbar waren.

In Feigs Studie wurden Mäuse, die genetisch manipuliert wurden, um Gedächtnisprobleme zu haben, in einer bereicherten Umgebung – mit Spielzeug, Bewegung und sozialer Interaktion – während der Adoleszenz zwei Wochen lang aufgezogen. Das Gedächtnis der Tiere verbesserte sich – ein nicht überraschender Befund, da zuvor gezeigt wurde, dass Anreicherung die Gehirnfunktion steigert. Die Mäuse wurden dann zu normalen Bedingungen zurückgebracht, wo sie aufwuchsen und Nachkommen bekamen. Diese nächste Generation von Mäusen hatte auch ein besseres Gedächtnis, obwohl sie den Gendefekt hatte und nie der angereicherten Umgebung ausgesetzt war.

Die Forscher untersuchten auch ein molekulares Korrelat des Gedächtnisses, das als Langzeitpotenzierung oder LTP bezeichnet wird, ein Mechanismus, der die Verbindungen zwischen Neuronen stärkt. Umweltanreicherung behebt fehlerhafte LTP bei Mäusen mit dem Gendefekt; das feste LTP wurde dann an ihre Nachkommen weitergegeben. Die Ergebnisse trafen sogar zu, als Welpen von Mäusen mit Gedächtnisschwäche aufgezogen wurden, die nie die Vorteile von Spielzeug und sozialer Interaktion hatten. Wenn man sich die Nachkommen anschaut, haben sie zwar noch den Proteindefekt, aber auch normales LTP, sagt Feig. Die Ergebnisse wurden heute in der veröffentlicht Zeitschrift für Neurowissenschaften .

Wenn die Erkenntnisse auf den Menschen übertragbar sind, bedeutet dies, dass die Bildung von Mädchen nicht nur für ihre Generation, sondern auch für die nächste Generation wichtig ist, sagt Moshe Szyf von der McGill University in Montreal, der nicht an der Forschung beteiligt war.

In einer zweiten Studie fanden die Forscher heraus, dass Ratten, die von gestressten Müttern aufgezogen wurden, die ihre Nachkommen vernachlässigten und körperlich missbrauchten, spezifische epigenetische Veränderungen ihrer DNA aufwiesen. Die missbrauchten Mäuse wurden zu armen Müttern und schienen diese Veränderungen an ihre Nachkommen weiterzugeben.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass eine schlechte Mutterschaft von Ratten durch diese Art von DNA-Modifikation weitergegeben werden kann – aber diese Veränderungen werden vermutlich speziell durch mütterliches Verhalten ausgelöst. In der neuen Studie ließen die Forscher auch gesunde Mütter die Nachkommen gestresster Mütter großziehen und fanden heraus, dass die Probleme nur teilweise behoben waren. Das deutet darauf hin, dass die Veränderungen nicht auf ihre neonatale Erfahrung zurückzuführen waren, sagt David Sweat , einem Neurowissenschaftler an der University of Alabama in Birmingham, der die Studie beaufsichtigte. Es war etwas, das schon bei ihrer Geburt da war. Die Studie wurde letzten Monat online veröffentlicht in Biologische Psychiatrie .

Die Ergebnisse beider Studien dürften kontrovers sein und vielleicht eine jahrhundertealte Debatte wiederbeleben. Es ist sehr provokant, sagt Lisa Monteggia , einem Neurowissenschaftler am Southwestern Medical Center der University of Texas in Dallas. Es geht auf zwei Denkschulen zurück: Lamarck gegen Darwin.

Im Gegensatz zur natürlichen Selektion, bei der Organismen, die gut an ihre Umgebung angepasst geboren werden, überleben und sich reproduzieren und diese erfolgreichen Eigenschaften weitergeben, schlägt die Lamarcksche Evolution vor, dass Tiere während ihres Lebens adaptive Eigenschaften wie ein besseres Gedächtnis entwickeln und diese weitergeben können Eigenschaften ihrer Nachkommen. Letztere Theorie wurde weitgehend aufgegeben, da sich die Theorien von Darwin und später Mendel durchsetzten. Aber das Konzept der Lamarckschen Vererbung hat in den letzten Jahren ein Comeback erlebt, da Wissenschaftler mehr über Epigenetik erfahren.

Ich habe mir nicht vorgenommen, Erkenntnisse zu gewinnen, die das neo-Lamarcksche Erbe stützen, sagt Sweatt. Aber die Forschung macht es jetzt plausibler, dass diese Dinge real sein und auf molekularen Mechanismen beruhen könnten.

Feig hingegen argumentiert, dass die Ergebnisse zwar ein Lamarcksches Phänomen sind, aber immer noch ein Darwinsches Phänomen, da die Veränderungen nicht ewig andauern. In Feigs Studie verloren die Nachkommen von angereicherten Mäusen nach einigen Monaten ihre Gedächtnisvorteile.

Sweatt und andere sagen, dass diese Art der Vererbung tatsächlich viel häufiger vorkommt als erwartet. Verbesserte Technologien ermöglichen nun einen breiteren Blick auf die epigenetischen Veränderungen im Zusammenhang mit Umwelt und Verhalten. Wissenschaftler beginnen, DNA-Mikroarrays zu verwenden, die in den letzten Jahren in genetischen Studien von Krankheiten weit verbreitet sind, um eine bestimmte Art von Veränderung zu untersuchen, die als DNA-Methylierung bekannt ist. Die Veränderungen, die wir sehen, sind nicht auf eine kleine Anzahl von Genen beschränkt, sagt Szyf, der die Technologie zur Erforschung von Epigenetik und Krebs einsetzt. Ganze Schaltungen werden verändert.

Die DNA-Sequenzierung, deren Preis rapide sinkt, kann auch verwendet werden, um die DNA-Methylierung zu untersuchen. Epigenetikstudien erfordern jedoch eine Massensequenzierung, die unerschwinglich teuer war. Im Gegensatz zum Genom sei jedes Epigenom bei verschiedenen Zelltypen anders, sagt Sweatt. Ein menschliches Epigenomprojekt entspräche 250 menschlichen Genomen, denn es gibt mindestens 250 Zelltypen im Körper. Eine billige Sequenzierung könnte diese Art von Studie bald ermöglichen, sagt er.

Der tatsächliche Mechanismus, der diesen Vererbungsmustern zugrunde liegt, ist für Wissenschaftler etwas rätselhaft. Feig vermutet, dass die Umweltanreicherung eine lang anhaltende hormonelle Veränderung auslöst: Wenn das Tier schwanger wird, würde das Hormon die DNA des Fötus irgendwie verändern, was letztendlich dazu führt, dass es als Jugendlicher ein verbessertes Gedächtnis und LTP hat. Er warnt jedoch, dass es dafür keine direkten Beweise und keine spezifischen Beweise dafür gibt, dass die Verhaltensweisen durch epigenetische Mechanismen übertragen werden.

verbergen