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Evolution: Die überflüssigen Landgene von Wal und Delfin

Wale und Delfine waren mal so etwas wie Flusspferde - bevor sie ganz ins Wasser gingen und sich deutlich veränderten. Was dabei geschah, sieht man heute auch im Erbgut.
Buckelwal-Mutter mit KalbLaden...

Alle Vorfahren der Wale lebten vor gut 50 Millionen Jahren noch an Land – und haben sich danach ziemlich deutlich verändert, um die Herausforderungen eines Lebens im Meer zu meistern. Das hatte natürlich auch Auswirkungen auf das Erbgut der Tiere: Zumindest 85 Gene sind nach einer in »Science Advances« erschienenen vergleichenden Genanalyse bei allen Linien der Wale, Delfine und Schweinswale im Lauf der Zeit stummgeschaltet worden, um die Evolution vom land- zum wasserlebenden Organismus zu ermöglichen. Beim Übergang vom Land ins Meer wurden die Tiere demnach nicht nur insgesamt größer: Im Erbgut wird eine Vielzahl von scheinbar unbeteiligten Genen deutlich anders reguliert.

Das Wissenschaftlerteam aus Deutschland und den USA hatte in 19 769 Genen von 62 Säugetierarten nach Mutationen gesucht, die ein Gen inaktiviert haben – und dies in einem Zeitfenster der Evolutionsgeschichte, nachdem die frisch ins Meer abgewanderten Vorläufer der Barten- und Zahnwale sich von ihren älteren landlebenden Vorgängern aus der Verwandtschaftslinie der heutigen Flusspferde gerade abgespaltet hatten.

Fündig wurde es dabei in unterschiedlichsten Bereichen des Erbguts: Ein an der Speichelproduktion beteiligtes Gen wurde wohl überflüssig, weil ein trockener Mund im Meer kein Problem ist und das Meerwasser Verdauungsenzyme im Speichel ohnehin stark verdünnt. Zudem veränderten sich Gene, die an der Blutgerinnung beteiligt sind: Blutklümpchen könnten gerade bei tief tauchenden Tieren zum Problem werden, während der Wundverschluss durch verschorfendes Blut unter Wasser nicht sehr praktikabel ist. Mehrere bei Walen und Co deaktivierte Gene sind bei Landsäugetieren an der Anatomie der Lungen und ihrer Funktion beteiligt. Bei den Cetacea sind die Lungen grundsätzlich anders gestaltet und etwa darauf ausgelegt, während des Tauchgangs zu kollabieren, was unter anderem den Auftrieb minimiert, zudem aber Taucherkrankheitssymptome beim schnellen Auftauchen zumindest in den meisten Fällen verhindert. Ähnlich arbeitet übrigens die Lunge von Robben.

Neben der Anatomie veränderten sich auch die Physiologie und das Verhalten der Tiere durch eine abgewandelte Genregulation. Auffällig ist etwa, dass die Walverwandtschaft alle Gene inaktiviert hat, die bei der Produktion von Melatonin nötig sind. Dieses Hormon regelt unter anderem bei landlebenden Säugern das Einlagern von Melaninpigmenten, die bei Sonneneinstrahlung die Haut schützen. Zudem ist es ein wichtiges Hormon bei der Regulation des Schlafs im Hell-Dunkel-Zyklus von Nacht und Tag. Schlaf funktioniert bei Walen und Delfinen aber ganz anders: Hier wechseln sich die beiden Hirnhälften mit dem Ausruhen ab.

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