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Wie Rochen zu ihren Flossen kamen

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Eine Veränderung in der dreidimensionalen Struktur des Genoms führte zur Ausbildung der typischen Rochenflossen. Bild: D. Gold, L. Kee, M. Morrissey

Gene sind nicht die einzigen Triebkräfte der Evolution. Die charakteristischen Flossen der Rochen entstanden, weil sich die nicht-kodierenden Teile des Genoms und seine dreidimensionale Struktur verändert hatten, berichtet ein Forschungsteam um Darío Lupiáñez vom Max Delbrück Center in „Nature“.

Der Kleine Rochen tanzt anmutig auf dem Meeresboden: Seine Brustflossen umgeben ihn wie ein weiter Mantel. Sie bewegen sich wellenartig, während er unter einer Sandschicht entlang gleitet. Mit seiner gesprenkelten sandfarbenen Tarnung ist der Fisch leicht zu übersehen.

Forscherinnen und Forscher des Max Delbrück Center, des Andalusischen Zentrums für Entwicklungsbiologie (CABD) in Sevilla und andere Arbeitsgruppen haben nun herausgefunden, wie sich diese umhangähnlichen Flossen der Rochen entwickeln konnten. Der Schlüssel zur Flossen-Evolution liegt demnach nicht in den kodierenden Teilen des Genoms, sondern in den nicht-kodierenden Regionen und den dreidimensionalen Komplexen, in die sie gefaltet sind. Diese 3D-Strukturen werden TADs genannt: „topologisch assoziierte Domänen“.

Wenn Mutationen im Genom die TADs verändern, kann das die Evolution in neue Richtungen lenken, schreibt das internationale Team jetzt in „Nature“. Bis vor wenigen Jahren lag der Fokus von Evolutionsbiologie auf den Veränderungen der DNA-Sequenz und nicht auf der Ebene der dreidimensionalen Struktur des Genoms. „Das ist eine neue Perspektive darauf, wie sich das Erbgut im Laufe der Evolution weiterentwickelt“, sagt Dr. Darío Lupiáñez, Genetiker am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft in Berlin und einer der Letztautoren der Studie.

Mit einem Urfisch fing alles an

Vor mehr als 450 Millionen Jahren hat sich das Genom eines primitiven Ur-Fisches zweimal verdoppelt. Diese Vervielfältigung des genetischen Materials hat die rasante Evolution von mehr als 60.000 Wirbeltierarten ermöglicht, auch die des Menschen. Zu unseren entferntesten Verwandten unter den Wirbeltieren zählt der Kleine Igelrochen (Leucoraja erinacea). Die Tiere gehören zu den Knorpelfischen, so wie alle Rochen und Haie. Für die Wissenschaft sind sie ideale Organismen, um die Evolution von Merkmalen zu analysieren, die uns zum Menschen machen – wie gepaarte Gliedmaßen.

„Rochen gehören zu den Knorpelfischen, also den Chondrichthyens. Sie ähneln den Vorfahren der heutigen Wirbeltiere am ehesten“, sagt Dr. Christina Paliou, Entwicklungsbiologin am CABD und eine der Erstautor*innen. „Wir können die Charakteristika der Rochen mit anderen Arten vergleichen und so feststellen, was neuartig ist und was von früheren Vorfahren stammt.“

-Max-Delbrück-Centrum-

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