Flagelle weg, Flagelle da

Evolutions-Experimente zur Regulation der bakteriellen Flagelle zeigen exemplarisch, wie flexibel genetische Netzwerke auf starken Selektionsdruck reagieren.

(c) University of Reading

(c) University of Reading

Wie reagieren Organismen und deren Genome auf Selektionsdruck? Welche evolutionären Mechanismen führen dazu, dass Gene neue Aufgaben übernehmen? Ein Forscherteam um Robert Jackson und Louise Johnson (Universität Reading)  stellt zu diesen Fragen ein schönes Experiment vor, in dem die Flagelle des Bakteriums Pseudomonas fluorescens im Zentrum steht (Science 347:1014-17). Die Flagelle, ein Fortbewegungsorgan vieler Bakterien, besteht aus einem beweglichen „Faden“ und einem „Motor“, die über einen Haken verknüpft sind. Aufgebaut wird der ganze Apparat aus einer Vielzahl verschiedener Proteine.

Die Gene für diese Flagellenproteine stehen unter Kontrolle eines Master-Kontrollgens, FleQ. FleQ kodiert für ein „Enhancer-Binde-Protein“. Das heißt, das FleQ-Protein bindet an Kontrollelemente der DNA bestimmter Zielgene (in diesem Fall der Flagellen-Gene) und ermöglicht so, dass die Zielgene zuerst in Boten-RNA (mRNA) umgeschrieben und daraus dann das eigentliche Genprodukt hergestellt wird, also zum Beispiel die Bestandteile des Motors der Flagelle.

Wenn man den „Master-Regulator“ FleQ zerstört, hat Pseudomonas folglich keine Flagelle mehr, denn die nötigen Einzelteile werden nicht mehr hergestellt. Die Forscher um Jackson wollten nun wissen, was passiert, wenn man Pseudomonas-Stämme mit defektem FleQ einem starken Selektionsdruck für Beweglichkeit aussetzt. Findet der Prozess aus spontaner Mutation und natürlicher Selektion eine neue Lösung für das Anwerfen der Flagellen-Gene? Dazu ließen sie Pseudomonas-Stämme mit gentechnisch ausgeschaltetem FleQ unter Bedingungen wachsen, unter denen in den punktförmigen Kolonien der Kulturschale schnell die Nährstoffe ausgehen, und die Bakterien folglich verhungern, wenn sie sich nicht vom Fleck bewegen.

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HMS Beagle als LEGO-Modell

HMS Beagle, aus LEGO gebastelt von Luis Pena

HMS Beagle, aus LEGO gebastelt von Luis Pena

Die britische Zeitung “The Guardian” berichtet heute über das Feierabend-Projekt eines chilenischen Professors: Aus 2024 Einzelzeilen hat Luis Pena über fünf Monate hinweg ein detailgetreues LEGO-Modell der HMS Beagle entworfen.

Die HMS Beagle war das Schiff, mit dem der junge Charles Darwin um die Welt reiste. Auf dieser Fahrt sammelte er viele der Indizien für den Prozess der Evolution durch natürliche Auslese, die später in sein Hauptwerk “The Origin of Species” einflossen.

Falls das Projekt 10.000 Unterstützer findet und die LEGO-Manager es für realisierbar halten, könnte es bald einen HMS-Beagle-Bausatz in den Geschäften geben – komplett mit Darwin, Captain Fitzroy und Szenen, die Darwin bei Land-Expeditionen zeigen. Hier könnt ihr eure Stimme abgeben:

https://ideas.lego.com/projects/93900

Experimentelle Evolution der Vielzelligkeit

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C. reinhardtii Zell-Cluster (c) Ratcliff et al. , CC-BY-NC

 

Der Übergang von Einzellern zu vielzelligen Lebewesen ist ein markantes evolutionäres Ereignis. Markant, aber nicht einzigartig, denn Vielzeller sind mehrere Male unabhängig voneinander aus einzelligen Vorfahren hervorgegangen. Und selbst in Labor-Experimenten kann man die ersten Schritte der Evolution der Vielzelligkeit in Echtzeit beobachten.

Wie kann der evolutionäre Prozess aus Mutation und Selektion dazu führen, dass die Nachkommen von Einzel-Zellen plötzlich Verbände bilden? Um diesen dramatischen Übergang schlüssig zu erklären, müssen Evolutionsbiologen einen konkreten Vorteil der beginnenden Vielzelligkeit aufzeigen – eine Situation also, in der einfache, recht unorganisierte Zellverbände mehr lebensfähige Nachkommen haben als Einzeller der gleichen Art. Weiterlesen

Graduelle Evolution der Blatt-Mimikry

Der Schmetterling Kallima paralekta sieht mit geschlossenen Flügeln aus wie ein totes Blatt. Wie entstand diese Tarnung durch Nachahmung (Mimikry) im Lauf der Evolution? Schritt-für-Schritt oder doch in einem großen Sprung?

Schmett

Flügel v. K. paralekta (unten rechts) und verwandte Arten. Suzuki et al, Fig 1 (Ausschnitt) , CC-BY

Wieso die Blatt-Imitation für heute lebende Kallima-Arten vorteilhaft ist, liegt auf der Hand. Der Schmetterling wird nicht so leicht gefressen und hat daher Chancen, mehr Nachkommen in die Welt zu setzen als das auffällige Tier vom Nachbarbusch, das gerade von einem Fressfeind verspeist wird.

Kniffliger ist schon die Frage, auf welchen evolutionären Wegen diese spezielle Mimikry entstand. Denn Vorfahren von K. paralekta oder K. inachus sahen aus wie ganz normale Schmetterlinge, ebenso wie viele heute lebende, nahe verwandte Arten anderer Gattungen. Weiterlesen

Debatte um die Evolutionstheorie der Zukunft

Brauchen wir eine neue Evolutionstheorie? So die Überschrift eines Artikels in Spektrum der Wissenschaft. Hoppla, was ist los? Ist die alte Evolutionstheorie kaputt? Müssen wir uns eine neue basteln?

Eine Seite aus Darwins Notizbuch

Eine Seite aus Darwins Notizbuch

Nein, natürlich nicht. Aber ist es angesichts einer ganzen Reihe neuer Forschungsrichtungen nicht an der Zeit, eine „Extended Synthesis“ einzuläuten, eine „erweiterte Synthese“ also? Darum dreht sich der Spektrum-Artikel, der schon einige Wochen zuvor auf Englisch im Magazin Nature erschienen war und aus zwei Teilartikeln besteht, in Form einer Debatte Pro & Kontra.

Auf der einen Seite stehen Kevin Laland und eine Reihe Kollegen, die das Konzept der erweiterten Synthese befürworten.

Die „noch nicht erweiterte“ Synthese, damit wäre dann wohl die derzeitige Standard-Version der Evolutionstheorie gemeint, die im Wesentlichen auf die sogenannte Modern Synthesis aus den 1920er und 30er Jahren aufbaut. Weiterlesen