DIE AUFERSTEHUNG DES MONSIEUR LAMARCK

Organismen können erworbene Eigenschaften vererben. Das erinnert an eine längst beerdigte Evolutionstheorie: den Lamarckismus. Am 23. September 1926 nahm sich Paul Kammerer das Leben. Ein Artikel im Fachblatt „Nature” hatte dem österreichischen Biologen vorgeworfen, seine sensationellen Experimente mit Geburtshelferkröten seien plumpe Fälschungen. Zuvor war er noch in aller Welt hochgejubelt worden. Schien doch das versunkene Reich des Lamarckismus dank seiner Entdeckung wieder aufzutauchen: Danach können Lebewesen auch solche Eigenschaften an ihre Nachkommen vererben, die sie durch die Anpassung an die Umwelt zielgerichtet erworben haben. Man nannte Kammerer schon in einem Atemzug mit Charles Darwin, dem Begründer der modernen Evolutionslehre. Doch dann kamen Fälschungsvorwurf und Selbsttötung – und das schlagartige Ende einer spannenden Diskussion. Heute spricht vieles dafür, dass Kammerer seiner Zeit einfach nur voraus war. Die neue Disziplin der Epigenetik erklärt, wie die Vererbung erworbener Eigenschaften auf molekularbiologischer Ebene funktioniert. Und sie nennt Beispiele, wo diese jenseits des genetischen Codes ablaufende Vererbung tatsächlich geschieht. Einige Experimente, die das belegen, erinnern stark an Kammerers Versuche mit Geburtshelferkröten. Alexander Vargas, ein chilenischer Epigenetiker, hat sich die Unterlagen des Österreichers noch einmal gründlich angeschaut und fand eine Reihe von Indizien für deren Korrektheit. „War Paul Kammerer der Entdecker der epigenetischen Vererbung?”, lautet seine Bilanz im „ Journal of Experimental Zoology”. HERVORHEBUNG ODER FÄLSCHUNG? Kammerer hatte gezeigt: Männliche Geburtshelferkröten entwickeln an ihren Pfoten Schwielen, wenn sie sich entgegen ihrer Gewohnheit im Wasser paaren müssen. Und sie können diese Schwielen vererben. Die Hautveränderung hilft dem Männchen, sich am Weibchen festzuklammern. Doch Kollegen fanden in den Präparaten Tin- tenreste und warfen Kammerer vor, die Schwielen nur vorgetäuscht zu haben. Moderne Wissenschaftshistoriker wie Olaf Breidbach von der Universität Jena vermuten indes, Kammerer habe das Resultat nur verdeutlichen wollen: „Es ist auch heute noch üblich, anatomische Details künstlich hervorzuheben. Nur nimmt man jetzt elektronische Hilfsmittel.” Die Epigenetik beschäftigt sich per Definition mit molekularbiologischen Informa- tionen, die Zellen speichern und an ihre Tochterzellen weitergeben, ohne dass sie im Erbgut enthalten sind. Epigenetische Strukturen können Gene dauerhaft ein- oder ausschalten. Das von ihnen festgelegte Gen-Aktivierungsmuster entscheidet über die Identität einer Zelle. Es bestimmt zum Beispiel, ob sie eine Nerven-, Haut- oder Blutzelle ist. Über eine Veränderung dieser Epigenome reagieren Zellen auch auf Umwelteinflüsse. Durch eine bleibende Umprogrammierung bestimmter Gehirnzellen kann ein frühkindliches Trauma einen Menschen zum Beispiel später im Leben anfällig für Depressionen machen. Oder eine Überernährung im Mutterleib kann Stoffwechselzellen so verändern, dass Menschen im Alter eher zu Typ-2-Diabetes neigen. LöCHRIGE BARRIERE Auch die bedarfsabhängige Ausbildung von Brunftschwielen bei Kröten lässt sich mit dem epigenetischen Handwerkszeug problemlos erklären. Dass die Tiere allerdings nach ein paar Generationen bereits mit Schwielen geboren werden, ist jener Punkt, der an Jean-Baptiste de Lamarck erinnert (siehe Kurzporträt auf Seite 38). Denn dabei überspringt die epigenetische Umweltanpassung die Generationengrenze – oder, wie Fachleute sagen, die „ Weismann-Barriere”. Ein vom Biologen August Weismann 1883 eingeführtes Dogma besagt nämlich, dass die „Keimbahn”, also die Geschlechtszellen bei Tier und Mensch, von äußeren Einflüssen abgeschottet sind. Doch seit ein bis zwei Jahrzehnten ist klar: Die Weismann-Barriere ist löchrig. Bestimmte Wasserflöhe kommen zum Beispiel in zwei Formen vor, mal mit und mal ohne dornartige Schutzhaube. Befinden sich viele Feinde – räuberische Mückenlarven – im Wasser, bilden die Tiere durch eine epigenetische Umprogrammierung die wehrhaften Auswüchse am Kopf. Diese Anpassung vererben sie an kommende Generationen. Werden die Mückenlarven weniger, kommen bald wieder Wasserflöhe ohne Dornen zur Welt. Das spart den Kleinkrebsen Energie. Eva Jablonka, Genetikerin und Philosophin in Tel Aviv, sammelt seit Langem solche Belege für die Existenz der epigenetischen Vererbung. Nun hat sie eine Übersicht publiziert: Bei 13 Einzellern, 6 Pilzarten, 15 Pflanzen- und 10 Tierarten haben Forscher inzwischen mehr als 100 vererbbare Merkmale gefunden, die nicht genetischen, sondern epigenetischen Ursprungs sind. Das Leinkraut kommt zum Beispiel mit zwei verschiedenen Blütenformen vor, manche Petunien haben weiße Blüten, und die Ackerschmalwand gibt es auch im Zwergenformat – alles nur aufgrund epigenetischer Unterschiede. Bei Pflanzen existiert allerdings keine Weismann-Barriere. „ Sie können nicht weglaufen, wenn sich die Bedingungen um sie herum verschlechtern”, erklärt Gunter Reuter, Genetiker an der Universität Halle-Wittenberg. Deshalb sei die Epigenetik – und somit die Anpassungsfähigkeit – der Pflanzen besonders komplex und eine Vererbbarkeit der Anpassungen wichtig. Pflanzen wachsen zudem meist unter ähnlichen Bedingungen auf wie ihre Vorfahren. „ Da ist es sehr sinnvoll, wenn die Nachkommen die gleiche Epigenetik besitzen wie die Eltern”, sagt Reuter. Doch auch bei Tier und Mensch dürfte es im Zuge der Evolution von Vorteil sein, wenn Eltern, Groß- und Urgroßeltern Elemente des epigenetischen Codes an folgende Generationen weitergeben. Die Umwelt ändert sich ja nicht schlagartig, wenn ein neues Leben entsteht. Selbst Charles Darwin war überzeugt, dass manche Umweltanpassungen Generationsgrenzen überspringen. Erst Weismann schob diesem Denken einen Riegel vor. Doch dieser Riegel lockert sich: Karin Buiting aus der Arbeitsgruppe des Essener Genetikers Bernhard Horsthemke entdeckte 2003, dass manche Patienten mit Prader-Willi-Syndrom – einer schweren Entwicklungsstörung – eine natürliche epigenetische Veränderung der Großmutter väterlicherseits übernommen haben, die normalerweise von den Keimzellen des Vaters überschrieben wird. „Dies ist einer der ersten klaren Belege dafür, dass epigenetische Informationen auch beim Menschen vererbt werden können”, sagt Horsthemke. SCHLEMMER HABEn KRÄNKERE SÖHNE Skeptiker mäkeln, dass es sich dabei um einen pathologischen Prozess handelt. Doch es ist nicht das einzige Indiz: Am berühmtesten sind die Analysen des schwedischen Sozialmediziners Gunnar Kaati. Er maß die Lebensspanne von 239 Bewohnern der kleinen nordschwedischen Ortschaft Överkalix und entdeckte, dass zumindest bei Männern ein Zusammenhang mit der Ernährung der Väter und Großväter besteht. Hatten diese in der Zeit vor und während der Pubertät ausreichend, aber wenig zu essen, wurden die Söhne und Enkel älter. Konnten die Väter und Großväter hingegen schlemmen, gaben sie eine gewisse Krankheitsanfälligkeit an ihre Nachfahren weiter. „Es ist Zeit, die epigenetische Vererbung ernst zu nehmen”, sagt der Brite Marcus Pembrey. Er entdeckte mithilfe einer großen Umfrage, dass es das Übergewichtsrisiko von Kindern erhöht, wenn die Väter schon im Alter von zehn Jahren geraucht haben. DIE NEO-LAMARCKISTEN KOMMEN Diese Resultate erscheinen plausibel, denn in der Zeit vor der Pubertät reifen bei Jungen die Samenvorläuferzellen heran. Vermutlich können dann Umwelteinflüsse die Epigenome der Keimbahn ein wenig verändern. In dieses Bild passen Untersuchungsergebnisse von Frauen, deren Mütter während des niederländischen Hungerwinters Ende des Zweiten Weltkrieges mit ihnen schwanger waren. Der extreme Nahrungsmangel veränderte vermutlich das epigenetische Programm der gerade heranreifenden Eizellen. Denn die Kinder und sogar die Enkel dieser Frauen sind eher klein und haben ein erhöhtes Risiko für bestimmte Krankheiten. Wie viele Generationen diese „transgenerationale Epigenetik” beeinflussen kann, ist offen. Bei Fliegen hielt sich eine jenseits der Gene fixierte Augenfarbe über sechs Generationen. Bei Mäusen ließen sich die epigenetischen Folgen einer Pestizid-Vergiftung vier Generationen lang nachweisen. Wir Menschen sollten uns angesichts dieser Erkenntnisse jedenfalls lieber gesund ernähren und viel Sport treiben. Denn beides beeinflusst die Epigenome unserer Zellen nachweislich in eine positive Richtung – und erhöht womöglich noch bei den Enkeln und Urenkeln die Chance auf ein langes, gesundes Leben. Endgültige Beweise liefern die Beobachtungen bei Menschen allerdings nicht, warnt der Epigenetiker Jörn Walter von der Universität des Saarlandes in Saarbrücken. Es sei denkbar, dass die epigenetischen Merkmale nicht vererbt werden, sondern sich im Zuge der Prägung im Mutterleib immer wieder neu ausbilden. Gar nicht nachvollziehen kann Walter zudem, dass manche Forscher und viele Medien bereits die Lamarckschen Ideen reanimieren: „Mit Lamarckismus hat Epigenetik gar nichts zu tun. Die Genetik liefert die Grundbaupläne. Und die Epigenetik sorgt für eine gewisse Modulation, die unter Umständen mehrere Generationen anhalten kann. Nicht mehr, aber auch nicht weniger.” Eva Jablonka und ein paar Mitstreiter bezeichnen sich dagegen gerne als Neo-Lamarckisten. Sie sind überzeugt, dass epigenetische Schalter, wenn sie nachhaltig genug umgelegt und immer wieder neu verfestigt werden, den genetischen Code verändern – sei es auch nur, indem sie die Mutationsrate und damit die Variabilität bestimmter Gene erhöhen. Die Wiederholung von Experimenten aus den 1950er-Jahren könnte ihnen schon bald recht geben. Dann wäre der Darwinismus zumindest um eine spannende Fußnote reicher. Und Lamarck hätte ein ganz, ganz klein wenig recht gehabt. ■ Der Wissenschaftsjournalist PETER SPORK ist laut Deutschlandfunk „der Mann, der die Epigenetik populär machte” . von Peter Spork KOMPAKT · Die Idee, dass erworbene Eigenschaften auf den Nachwuchs vererbt werden können, geht auf den Evolutionstheoretiker Jean-Baptiste de Lamarck zurück. · Seit Ende des 19. Jahrhunderts gilt diese These als widerlegt. · Doch Wissenschaftler haben inzwischen mehr als 100 Merkmale gefunden, die nicht genetischen Ursprungs sind, aber trotzdem vererbt werden können. MEHR ZUM THEMA LESEN Peter Spork Der zweite Code Epigenetik – oder wie wir unser Erbgut steuern können Rowohlt, Hamburg 2009 € 19,90 Bernhard Kegel Epigenetik Wie Erfahrungen vererbt werden Dumont, Köln 2009, € 19,95 INTERNET Website des Autors mit Epigenetik-Newsletter: www.peter-spork.de Portal der epigenetischen Forschung in Deutschland, Österreich und der Schweiz von der Universität Saarbrücken: epigenetics.uni-saarland.de Populärwissenschaftliche Informationen vom Europäischen Epigenom-Exzellenznetzwerk: epigenome.eu/de Jean-Baptiste de Lamarck Der französische Naturforscher (1744 bis 1829) war ein bedeutender Biologe. Er ordnete die Systematik der Wirbellosen und war der Erste, der 1809 – exakt 50 Jahre vor Charles Darwin – ein Evolutionsmodell entwarf. Diese heute abwegig erscheinende „ Transformationstheorie” besagt, dass sich alle Lebewesen auf einer „Stufenleiter” fortentwickeln und immer komplexere Erscheinungsbilder annehmen. Der Mensch ist demnach die älteste, am weitesten entwickelte Lebensform, der Wurm eine der jüngsten. Heute versteht man unter Lamarckismus vor allem die Idee, dass Lebewesen erworbene Eigenschaften vererben können – etwa die Giraffe ihren langen Hals, den sie dem ständigen Recken nach Baumwipfeln verdanke. Diese Idee war zwar nur ein Randaspekt von Lamarcks Theorie, doch neue Erkenntnisse der Epigenetik sprechen dafür, dass an ihr etwas dran ist.