Nicht Baukasten, sondern Netzwerk

– die Idee des Organismus in Genetik und Epigenetik

Johannes Wirz

 

Der rasche Fortschritt in der molekularen Biologie kann nicht darüber hinwegtäuschen, dass die grundlegende Beziehung zwischen den Erscheinungsformen der Organismen (Phänotyp) und ihrer genetischen Konstitution (Genotyp) noch weitgehend ungeklärt ist. Diese Klärung, so die erste These, ist nicht möglich, weil Lebewesen nicht Realisierungen ihres genetischen Programms darstellen, sondern es im Gegenteil aktiv interpretieren. [...]

 

Meisterhaft beschreibt Pablo Jensen (2001), Wissenschaftshistoriker und Quantenphysiker an der Universität Claude-Bernard in Lyon, Möglichkeiten und Grenzen einer quantenphysikalischen Betrachtung der makroskopischen Welt.

«Die rigorose Erklärung der Eigenschaften verschiedener Materialien mit Hilfe von Atomen bleibt schwierig und fragmentarisch. [...] Darüber hinaus ist diese Beziehung gepflastert mit Approximationen, die man ohne Kenntnis des endgültigen Ergebnisses gar nicht hätte machen können.»

Ersetzt man «Materialien» durch «Organismen» und «Atome» durch «Gene», so trifft der Satz auch für die Situation in der molekularen Genetik zu. Die Existenz von Genen ist so wenig bestritten wie diejenige von Elementarteilchen, die Beziehung zwischen genetischer Information und organismischer Bedeutung jedoch bis heute weitgehend ungeklärt. [...]

 

Das Gen in der phänotypischen und molekularen Genetik

Fruchtfliege (Drosophila) mit vier Flügeln. Dieser Phänotyp entsteht durch Inaktivierung des Ubx Gens; Quelle: http://www.pbs.org/wgbh/nova/genes/fate-nf.html

[...] 1995 erhielt Edward Lewis zusammen mit Christiane Nüsslein-Vollhard und Eric Wieschaus den Nobelpreis für Medizin. Mit genialen Kreuzungsexperimenten und phänotypischer Analyse hatte er die Genetik der Segmentidentität bei Drosophila studiert und durch Inaktivierung eines so genannten homöotischen Gens (Ubx) eine Fliege mit vier Flügeln erzeugt (Lewis 1978). Ubx durfte also als Repressor der Flügelbildung auf dem dritten Brustsegment betrachtet werden[...]

Ob der molekulare Bauplan, d.h. die Vernetzung aller relevanten Gensequenzen, die schließlich bei Drosophila zu Kopf-, Brust- oder Abdominalsegmenten führen, je entschlüsselt werden wird, ist ungewiss. Vergleichende Studien mit verschiedenen Organismengruppen sprechen klar dagegen, weil diese Gene auch bei Maus und Mensch mit völlig anderen Bauplänen als Drosophila vorkommen (Wirz 2000). Als notwendige Bedingung sind sie zwar auch hier in der Embryonalentwicklung unabdingbar, jedoch nicht hinreichend für die Erklärung spezifischer, «kausaler» Entwicklungsprozesse. Selbst bei Tieren wie den Schmetterlingen, die den Zweiflüglern relativ nahe verwandt sind, zeigten sich Überraschungen. Obwohl Ubx bei den Lepidopteren ebenfalls einen Transkriptionsfaktor codiert, ist seine organismische Bedeutung diametral verschieden (Levine 2002, Ronshaugen et al. 2002). Die Flügelbildung bei Schmetterlingen wird durch Ubx nicht unterdrückt, sondern stimuliert! Die organismische Bedeutungsvergabe ist also von der jeweiligen Tierart abhängig. Die Gensequenz wird artspezifisch interpretiert – sie ist nicht hinreichende Ursache, sondern notwendige Bedingung für die Realisierung von Entwicklungsvorgängen. Die Ursache für die phänotypische Ausprägung ist das Lebewesen als Ganzes.

Dass aus der Kenntnis der molekularen Funktion oder der Basensequenz in einem Gen kein phänotypisches Merkmal abgeleitet werden kann und dass Bedeutungsvergaben nicht in den Genen, sondern in ihren Trägern liegen, bestätigen Untersuchungen anderer Genaktivitäten eindrücklich (siehe z.B. Moss 2005, der diesen Befund intensiv diskutiert; Wirz 1997). In der modernen Genetik wird die Erbsubstanz oft als Text, das menschliche Genom als Buch des Lebens bezeichnet. Deshalb mag ein einfaches Beispiel den beschriebenen Sachverhalt verdeutlichen. Welche Bedeutung hat die Zeichenfolge «HAT»? In der deutschen Sprache ist es eine Verbform. Der Engländer bezeichnet mit ihr eine Kopfbedeckung und für den Norweger bedeutet sie «Hass». Je nach Sprache wird dieser Code anders interpretiert. Jeder Versuch, den Sinn alleine aus der Reihenfolge der Buchstaben abzuleiten, muss scheitern [...]

 

 

Der Text ist ein Auszug aus dem gleichnamigen Artikel von Johannes Wirz (Elemente der Naturwissenschaft 88 (2008), S. 5-21.), den sie hier herunterladen können.