Leben & Gene
Molekularbiologie

Warum sind Tintenfische nur so schlau?

Von Hildegard Kaulen
© dpa, F.A.Z.

Tintenfische sind außerordentlich intelligente Tiere. Sie lernen durch gezieltes Beobachten, tarnen sich bei Gefahr und stellen ihrer Beute mit diversen Jagdtechniken nach. Ihr Verhalten ist derart komplex, dass es an das Verhalten der Wirbeltiere heranreicht. Sie verdanken diese bemerkenswerte Intelligenz einer großen Proteinvielfalt, die nicht durch das Genom gedeckt ist. Dieser Reichtum an Eiweißmolekülen entsteht nicht wie bei den meisten Lebewesen, indem viele verschiedene Gene abgelesen und die jeweiligen Boten-Ribonukleinsäuren (RNA) fehlerfrei in Proteine übersetzt werden, sondern durch das nachträgliche Editieren der RNA. Die Tiere bearbeiten ihre Blaupausen für die Proteinbiosynthese derart nach, dass ein ganzes Bündel an verschiedenen Vorlagen für die Eiweißproduktion entsteht. Tintenfische verfügen damit über einen erheblichen genetischen Reichtum, ohne die entsprechenden Gene dafür zu besitzen. Der Vorteil, den sie daraus ziehen, ist offensichtlich ihr breitgefächertes Verhaltensrepertoire, das für ihre Stellung im Tierreich ungewöhnlich ist.

Wie gehen die Tintenfische bei der Editierung ihrer Boten-Ribonukleinsäuren vor? Nach Ablesen der Gene bearbeitet ein Enyzm die RNA-Moleküle, bevor diese durch das Entfernen der nicht kodierenden Bereiche zurechtgeschnitten werden. Dabei wird das Nukleosid Adenosin in das Nukleosid Inosin umgewandelt. Inosin ist kein regulärer Baustein der RNA. Es wird bei der Proteinbiosynthese wie Guanosin behandelt. Das kann dazu führen, dass bei der Eiweißproduktion eine andere Aminosäure als die im Genom vorgesehene in die wachsende Proteinkette eingebaut wird. Da die einzelnen Boten-Ribonukleinsäuren unterschiedlich stark nachbearbeitet werden können, kann ein ganzer Strauß an Proteinvarianten entstehen. Forscher um Eli Eisenberg von der Universität Tel Aviv und Joshua Rosenthal vom Labor für marine Biologie in Woods Hole haben jetzt herausgefunden, dass Tintenfische gut die Hälfte des kodierten Bereichs in ihren Boten-Rribonukleinsäuren überarbeiten.

Eine Besonderheit in der Tierwelt

Woraus schließen Eisenberg und seine Kollegen nun, dass die Editierung der RNA der Grund für die außergewöhnliche Intelligenz der Tiere ist? Die Forscher haben hierfür evolutionsgeschichtliche und physiologische Hinweise zusammengetragen. Tintenfische sind Weichtiere und gehören zur zoologischen Klasse der Kopffüßer. Sie bilden eine eigene Unterklasse und sind die einzigen Kopffüßer mit einem intelligenten Verhaltensrepertoire. Zudem sind sie die einzigen Kopffüßer, die ihre RNA-Moleküle in einem derart großen Stil überarbeiten.

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Andere Vertreter der Untergruppe wie der Nautilus oder andere Weichtiere wie die Meeresschnecke Aplysia editieren ihre RNA dagegen kaum. Diese Tiere besitzen allerdings auch bei weitem nicht die Intelligenz der Tintenfische. Die Forscher um Eisenberg haben zudem zeigen können, dass bei den Tintenfischen vor allem die für das Nervensystem vorgesehenen RNAs editiert werden. Die Meeresbewohner verfügen dadurch vermutlich über ein größeres Repertoire an relevanten Neurotransmittern, als allein in ihrem Genom hinterlegt ist.

Das stagnierende Genom

Tintenfische sind nicht die einzigen Organismen, die ihre RNA nachbearbeiten. Andere Lebewesen, die ihre Blaupausen-Moleküle ebenfalls editieren, tun das allerdings nicht in diesem Ausmaß und nicht in den proteinkodierenden Bereichen. Sie machen sich eher über die nicht kodierenden Regionen her, die vor der Proteinbiosynthese herausgeschnitten werden. Der Mensch editiert ebenfalls nur einen Bruchteil seiner RNA. Für den Homo sapiens ist diese Aktion eine Ausnahme, für Tintenfische die Regel.

Die Befunde der Forscher sind in verschiedener Hinsicht bemerkenswert. Sie zeigen zum einen, dass das zentrale Dogma der Genetik von der fehlerfreien Übersetzung der RNA in ein Protein nicht überall zutrifft. Sie zeigen des Weiteren, dass diese Ausnahme einen Preis hat, den der Stagnation im Erbgut. Die Überarbeitung der RNA funktioniert nämlich nur dann, wenn sich die RNA an den Editionsstellen kurzfristig zu einem Doppelstrang zusammenlagert. Das bedeutet aber, dass sich die Sequenz der RNA an diesen kritischen Stellen nicht ändern darf, weil sich sonst kein Doppelstrang bildet und das Enzym für die Editierung nicht ansetzen kann. Es gibt also einen hohen Selektionsdruck auf die unmittelbare Umgebung der Editionsstellen und, da bei den Tintenfischen die Hälfte der RNAs editiert wird, quasi auf das gesamte Erbgut der Tiere.

Eisenberg und seine Kollegen benennen auch die Vorteile der Überarbeitung der RNA. Es ist ein außerordentlich flexibles Instrument. Die Tiere können damit weitaus schneller auf wechselnde Anforderungen reagieren als durch die Weiterentwicklung ihres Genoms. Auch der Grad der Vielfalt kann besser gesteuert werden, weil mal mehr und mal weniger Veränderungen eingefügt werden können. Der Preis für diese Schnelligkeit und Flexibilität ist allerdings das eingefrorene Genom. Die meisten anderen Lebewesen haben sich für den klassischen Weg der Evolution entschieden. Sie verändern sich durch Mutation und Selektion, nicht durch den Zugriff auf ihre RNA-Moleküle.

Quelle: F.A.Z.
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Universität Tel Aviv