Wiener Forscher entschlüsseln Geheimnis der Kraken-Gehirne
Mona Hopfinger
Komplexe Verhaltensweisen von Kraken, Tintenfischen und Sepien könnten auf einer besonderen 3D-Struktur ihrer DNA beruhen. Forscher der Universität Wien zeigen, dass eine urzeitliche Umgestaltung des Genoms die Entwicklung komplexer Nervensysteme ermöglicht haben könnte.
Kraken, Tintenfische und Sepien – zusammengefasst als Coleoiden – verfügen über ein ungewöhnlich großes und komplex aufgebautes Nervensystem. Dieses ermöglicht ihnen bemerkenswerte Fähigkeiten wie Problemlösung und blitzschnelle Tarnung. Eine aktuelle Untersuchung der Universität Wien deutet darauf hin, dass der Schlüssel zu dieser Komplexität nicht allein in den Genen liegt, sondern in der räumlichen Anordnung des Erbguts.
Dreidimensionale Faltung als Evolutionsfaktor
Das Forschungsteam analysierte die 3D-Struktur des Genoms von Tintenfischen, Kalmaren und Sepien und verknüpfte dabei Daten zur DNA-Architektur mit Informationen zur Genaktivität. „Das Genom ist nicht nur eine Abfolge von Genen. Es ist zu einer komplexen dreidimensionalen Struktur gefaltet“, erklärte Hauptautorin Thea Rogers von der Universität Wien. Das Verständnis dieser Struktur werde immer wichtiger, um zu begreifen, wie neue Formen biologischer Komplexität entstehen.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass eine umfassende Reorganisation des Genoms vor Hunderten von Millionen Jahren die DNA dramatisch umstrukturiert hat. Dabei wurden zuvor weit auseinanderliegende Chromosomenregionen in unmittelbare Nähe zueinander gebracht.
„Regulatorische Verflechtung“ schafft neue Netzwerke
Wenn DNA-Regionen durch die Umstrukturierung miteinander in Kontakt kommen, können sie sich gegenseitig beeinflussen und die Aktivität der jeweils anderen verändern. Im Laufe der Zeit verfestigen sich diese Interaktionen und bilden zunehmend vernetzte regulatorische Netzwerke.
Diesen Prozess bezeichnen die Forscher als „regulatorische Verflechtung“. Er könnte es Genomen ermöglichen, neue Muster der Genexpression zu entwickeln und gleichzeitig wesentliche Funktionen aufrechtzuerhalten.
Allerdings reagieren nicht alle Bereiche der Genomstruktur gleich auf solche Umgestaltungen. Große strukturelle Einheiten, sogenannte Chromatindomänen, blieben im Laufe der Evolution weitgehend stabil.
Feinere Verbindungen, die Chromatinschleifen, erwiesen sich hingegen als weitaus dynamischer. Über diese Schleifen treten weit auseinanderliegende DNA-Abschnitte miteinander in Kontakt. Sie unterschieden sich deutlich je nach Art, Gewebe und Entwicklungsstadium. Besonders häufig fanden Forschende sie in der Nähe von Genen, die für zentrale Merkmale der Kopffüßer wichtig sind, unter anderem für das Nervensystem.
DNA-Architektur prägt Evolution aktiv
Die Erkenntnisse stellen die Vorstellung in Frage, dass die Genomarchitektur eine passive Folge der Evolution ist. Stattdessen deuten sie darauf hin, dass die 3D-Organisation der DNA den Verlauf der Evolution aktiv prägt. Bei Kopffüßern könnte das sehr wichtig dafür gewesen sein, dass sich ihr besonders komplexes Nervensystem entwickelt hat.
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