Evolution: Doppelt denkt besser

Wenn sich ein Gen verdoppelt, kann das mitunter dramatische Folgen haben. So soll die Verdopplung eines ganz gewöhnlichen Gens einen wichtigen Beitrag in der Evolution des menschlichen Geistes gespielt haben.

Andreas Jahn

Affe und Mensch — © MPI für evolutionäre Anthropologie (Ausschnitt)

Glutamat-Dehydrogenase – auch kurz GDH genannt – gehört nicht gerade zu den Enzymen, die den Ruf einer besonders exotischen oder aufregenden Substanz genießen. Sie arbeitet in allen Zellen des Körpers, insbesondere in der Leber, und katalysiert hier den Ab- beziehungsweise Aufbau von Glutaminsäure. Damit erfüllt sie eine wichtige Funktion im Aminosäurestoffwechsel – wichtig, aber nicht sonderlich spannend.

Und dennoch soll dieses Stoffwechselenzym eine entscheidende Rolle in der Evolution des menschlichen Geistes gespielt haben. Wie das? Glutaminsäure oder Glutamat ist nicht nur ein Baustein von Proteinen, sondern fungiert im Gehirn auch als wichtiger Neurotransmitter. Während nun normalerweise das Enzym GDH1 Glutamat umsetzt, liegt in unseren grauen Zellen eine andere Form namens GDH2 vor. Diese Version arbeitet wesentlich effektiver als GDH1 und sorgt dafür, dass der von den Nervenzellen freigesetzte Transmitter schnell wieder entfernt wird.

Stammbaum von GLUD2 | Stammbaum der für das Enzym GDH kodierenden Gene GLUD2 und GLUD1: Vor etwa 23 Millionen Jahren lebte der letzte gemeinsame Vorfahre, der noch nicht über die Variante GLUD2 verfügte. Danach trennten sich nacheinander Gibbon, Orang-Utan Gorilla und Schimpanse von den Vorfahren des Menschen ab. Sie alle besitzen das für die Hirnfunktion wichtige Gen GLUD2, jedoch mit Unterschieden in der Gensequenz.

Fabien Burki und Henrik Kaessmann von der Universität Lausanne versuchten daher, die Evolution des Enzyms zurückzuverfolgen. Sie analysierten hierfür die Sequenzen der für die beiden GDH-Versionen kodierenden Gene GLUD1 und GLUD2 – und zwar sowohl vom Menschen, als auch von den Menschenaffen Schimpanse, Gorilla, Orang-Utan und Gibbon sowie, zum Vergleich, von Maus und Ratte.

Wie sich zeigte, kommt die Version GLUD2 ausschließlich beim Menschen und bei Menschenaffen vor, während GLUD1 auch bei anderen Tieren anzutreffen ist. Damit ließ sich der Zeitpunkt eingrenzen, wann das Enzym in der Evolution zum ersten Mal aufgetreten sein muss: Vor 23 Millionen Jahren lebte der letzte gemeinsame Vorfahre der Altweltaffen, der noch ohne GLUD2 auskam, vor 18 Millionen Jahren gingen Gibbons, die bereits über die neue Enzymvariante verfügen, eigene Wege.

Während nun GLUD1 bei allen untersuchten Arten praktisch gleich aussah – sich also in der Evolution kaum verändert hat –, war das bei GLUD2 ganz und gar nicht der Fall. Die beiden Genetiker konnten daher mit den Gensequenzen einen Stammbaum konstruieren, der die Entwicklung des Gens bei unseren Vorfahren widerspiegelt.

Burki und Kaessmann vermuten nun, dass vor etwas weniger als 23 Millionen Jahren das auf Chromosom 10 liegende Gen GLUD1 sich verdoppelte und als GLUD2 auf dem X-Chromosom eine neue Heimat fand. Erst nach dieser Duplikation konnte sich die GDH voll entfalten und sich weiter optimieren. Damit leistete es einen wichtigen Beitrag, dass die Gehirne der Menschenaffen – wie auch der unserer Vorfahren – zunehmend leistungsfähiger arbeiten konnten. Eine sicherlich wichtige und auch spannende Entwicklung.