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Genetische Evolution: Geschlechtschromosomen von Mann und Affe unterscheiden sich sehr

Die männlichen Geschlechtschromosomen von Affe und Mensch entwickelten sich im Laufe der Evolution deutlich schneller auseinander als andere Chromosomen, meinen Forscher vom Whitehead Institute in Cambridge, USA. Das Wissenschaftlerteam hatte die geschlechtsbestimmenden Erbgutabschnitte im Y-Chromosom von Schimpansen analysiert und dabei festgestellt, das sich Struktur und Organisation stark von den entsprechenden Regionen im Erbgut des Mannes unterscheiden. Dieses Ergebnis überrascht, denn eigentlich hatten Genetiker vermutet, dass sich die im Zuge ihrer Spezialisierung verschlankten Y-Chromosomen vergleichsweise langsam umbauen.

David Page und seine Kollegen zeigen nun aber, dass sich in den verglichenen Abschnitten des Y-Chromosoms von Affe und Mensch zwar gut 98 Prozent aller Nukleotide entsprechen, die Strukturierung und Anordnung des Genmaterials zugleich aber sehr verschieden ausfällt. Etwa sechs Millionen Jahre, nachdem sich Affe und Mensch aus einem gemeinsamen Vorfahr entwickelt haben, sei die Struktur ihrer männlichen Geschlechtschromosomen unterschiedlicher als die mancher anderer Chromosomen von Mensch und Huhn, die sich vor 310 Millionen Jahren auseinander entwickelt haben.

Die Y-Chromosomen von Affen haben vor allem einige Gene verloren, die beim Menschen noch funktionsfähig sind; zudem kamen bei Homo sapiens einige neue dazu. Vor allem aber sind beim Schimpansen die so genannten amplikonischen Abschnitte mit ihren typischen Sequenzwiederholungen häufig umarrangiert worden, wobei auch viele Retroviren aus dem Erbgut entfernt wurden. In den Y-spezifischen amplikonischen Sequenzen sind hodenspezifische Gene in charakteristischen, oft invertierten Wiederholungen gebündelt.

Page und Kollegen glauben, dass mehrere Effekte die überraschend rapide Evolution begünstigt haben könnten. Zum einen würden sich positive Veränderungen im Y-Chromosom schnell niederschlagen, weil sie anders als bei den Autosomen nicht durch eine zweite Genkopie auf dem zweiten Chromosom gepuffert werden. Bei der Paarung von Affen sei zudem die Konkurrenz zwischen den Y-Chromosom tragenden Spermien besonders groß, weil sich häufig mehrere Männchen mit einem Weibchen paaren, deren Organismus dann nach Spermienqualität selektieren könne.

Das männliche Geschlechtschromosom begann sich im Laufe der Säugetierevolution vor etwa 300 Millionen Jahren aus einem Autosom zu entwickeln, auf dem das männlichkeitsbestimmende Gen SRY (sex-determining region Y) entstand, welches bei der Embryonalentwicklung die Ausbildung des Hodens reguliert. Nach vielen Umformungen und einem massiven Verlust von Genen spezialisierte sich das Y-Chromosom soweit, dass es auch keinen Genaustausch mit dem X-Chromosom durch den üblichen Prozess des crossing-overs bei der Keimzellenbildung mehr durchführen konnte. Heute existieren im Y-Chromosom von Affe und Mensch nur noch wenige Gene, die auch auf dem X-Chromosom und dem gemeinsamen evolutiven Vorgänger der beiden Geschlechtschromosomen zu finden waren.

Weil bei der Reduktion zum typischen Y-Chromosom viele Abschnitte verloren gingen, vermuteten Forscher, dass es sich nach der Entstehung kaum noch verändern dürfte: Umarrangements im effizient verschlankten und spezialisierten Chromosom würden nun mit immer höherer Wahrscheinlichkeit zu irreparablen Schäden führen. Verschiedene Studien an den Y-Chromosomen von Pflanzen und Tieren konnten diese Theorie in der Tat untermauern. Offenbar gelte dies aber nur für evolutiv alte Geschlechtschromosomen am Endpunkt ihrer Entwicklung, spekulieren Page und Co. Die noch jungen Y-Chromosomen von Affen und Menschen würden sich dagegen besonders dann noch schnell ändern können, wenn sie durch Konkurrenz einem starken Selektionsdruck ausgesetzt seien. (jo)
2. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 2. KW 2010

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  • Quellen
Hughes, J.F. et al.: Chimpanzee and human Y chromosomes are remarkably divergent in structure and gene content. In Nature 10.1038/nature08700, 2010.

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