Der primitive Fisch hat die größte genetische Zusammensetzung aller Tiere
Das Genom des südamerikanischen Lungenfisches, das aus über 90 Milliarden Basen besteht, ist das größte bekannte unter Tieren. Ein internationales Team unter der Leitung des Evolutionsbiologen Axel Meyer von der Universität Konstanz und des Biochemikers Manfred Schartl von der Universität Würzburg hat dieses größte bekannte Genom entschlüsselt: das Erbgut des südamerikanischen Lungenfisches (Lepidosiren paradoxa). "Die Daten werden helfen zu verstehen, wie der Vorfahre heutiger Tetrapoden das Land erobert hat", wurde in einer Pressemitteilung zum Publikationsdatum der Studie in der Zeitschrift "Nature" mitgeteilt.
Lungenfische gelten als die nächsten lebenden Verwandten der Tiere, die sich mit Hilfe von kräftigen Flossen vor rund 400 Millionen Jahren auf das Land zogen und dank ihrer Lungen dort überleben konnten. Alle sogenannten Tetrapoden, einschließlich des Menschen, anderer Säugetiere, Amphibien, Reptilien und Vögel, gehen auf sie zurück. Es gibt angeblich drei Linien von Lungenfischen heute: eine in Afrika, eine in Australien und eine in Südamerika, die unter anderem im Amazonasbecken vorkommt.
Aussehen wie ihre Vorfahren
Aus der Analyse des Genoms erhoffen sich die Forscher Erkenntnisse über die Entstehung und weitere Entwicklung dieser ungewöhnlichen Tiere. "Die Evolution scheint sie vergessen zu haben", schreiben die Forscher. Denn diese alten "lebenden Fossilien" sehen noch immer largely wie ihre Vorfahren aus der späten Devon-Periode vor rund 400 Millionen Jahren aus. Durch den Vergleich der Genomsequenzen kann man beispielsweise den Zusammenhang zwischen den Flossenstrahlen von Knochenfischen und den Fingern von Tetrapoden nachweisen.
Dass die Genome von Lungenfischen riesig sind, war bereits bekannt, aber die Studie zeigt nun, wie gigantisch sie sein können: Das Genom des südamerikanischen Lungenfisches besteht aus mehr als 90 Milliarden Basen, wie die Gruppe mitteilt. Es ist damit 30 Mal größer als das menschliche Genom und mehr als doppelt so groß wie das des bisherigen Rekordhalters, des australischen Lungenfisches (Neoceratodus forsteri). "18 der 19 Chromosomen des südamerikanischen Lungenfisches sind jeweils größer als das gesamte menschliche Genom", wird in einer Pressemitteilung zur Studie zitiert.
Dies ist auf sogenannte autonome Transposons zurückzuführen. Diese DNA-Segmente "replizieren" sich und ändern dann ihre Position im Genom. Sie machen mehr als 90 Prozent des Lungenfisch-Genoms aus. Die Expansionsrate des südamerikanischen Vertreters ist damit bei weitem die schnellste bekannte: Jede zehn Millionen Jahre in der Vergangenheit hat sein Genom um die Größe des gesamten menschlichen Genoms gewachsen.
Trotz allem ist das Lungenfisch-Genom erstaunlich stabil. Daher konnte das Forschungsteam die ursprüngliche Architektur des Chromosomensatzes des ersten Tetrapoden aus den Sequenzen der noch lebenden Lungenfisch-Arten rekonstruieren, wie sie in ihrer eigenen Ankündigung mitteilen.
Außerdem können die Genome verschiedener Lungenfische verglichen werden, um Rückschlüsse darauf zu ziehen, ob Unterschiede zwischen heutigen lebenden Exemplaren auf genetischen Ursachen beruhen. So hatte die australische Lungenfisch noch beinartige Flossen, mit denen ihre Vorfahren einst auf dem Land bewegen konnten. Im Gegensatz dazu sind diese Flossen, die in Knochenstruktur menschliche Arme und Beine ähnelten, bei heutigen afrikanischen und südamerikanischen Lungenfischen in den letzten etwa 100 Millionen Jahren zu fadenartigen Flossen zurückgebildet worden.
Mittels der Analyse des australischen Lungenfisch-Genoms hatte das von Meyer und Schartl geleitete Team bereits vor einigen Jahren gezeigt, dass dieselben Gene bei Mensch und Lungenfisch die Entwicklung der Lunge steuern. Die Lunge des Lungenfisches hat denselben evolutionären Ursprung wie die der terrestrischen Wirbeltiere, einschließlich des Menschen. Außerdem sind Finger, Elle und Speiche in der Flosse des Fisches vorhanden, für die dieselben Gene verantwortlich sind wie beim Menschen. Wissenschaftler aus Dresden, Hamburg, Schweden, Österreich und Frankreich haben auch an der aktuellen Studie mitgewirkt.
Die Analyse des Genoms des südamerikanischen Lungenfisches könnte wertvolle Erkenntnisse über die Evolution der Tetrapoden liefern, da die Daten möglicherweise helfen könnten zu verstehen, wie sich ihre uralten Vorfahren an das Leben auf dem Land angepasst haben. Trotz eines der größten Genome unter Tieren mit über 90 Milliarden Basen ist das Genom des südamerikanischen Lungenfisches erstaunlich stabil.
