Wie ein alter Kaufmann, der das Gewicht zweier verschiedener Waren auf einer Waage ausgleicht, kann die Natur unterschiedliche genetische Merkmale im Gleichgewicht halten, während sich eine Art über Millionen von Jahren entwickelt.
Diese Eigenschaften können je nach Umgebung vorteilhaft (z. B. Abwehr von Krankheiten) oder schädlich (Menschen anfälliger für Krankheiten machen) sein.
Die Theorie hinter diesen evolutionären Trade-offs heißt balancierende Selektion. Eine von der University at Buffalo geleitete Studie, veröffentlicht in eLife untersucht dieses Phänomen durch die Analyse Tausender moderner menschlicher Genome neben alten Homininengruppen wie Neandertaler- und Denisova-Genomen.
Die Forschung hat „Implikationen für das Verständnis der menschlichen Vielfalt, den Ursprung von Krankheiten und biologische Kompromisse, die unsere Evolution geprägt haben könnten“, sagt der Evolutionsbiologe Omer Gokcumen, der korrespondierende Autor der Studie.
Gokcumen, Ph.D., außerordentlicher Professor für Biowissenschaften am UB College of Arts and Sciences, fügt hinzu, dass die Studie zeigt, dass viele biologisch relevante Varianten „seit Hunderttausenden oder sogar Millionen von Jahren unter unseren Vorfahren liegen. Diese alte Variationen sind unser gemeinsames Erbe als Spezies.“
Verbindungen zu Neandertalern stärker als bisher angenommen
Die Arbeit baut auf genetischen Entdeckungen im letzten Jahrzehnt auf, unter anderem als Wissenschaftler entdeckten, dass sich moderne Menschen und Neandertaler kreuzten, als frühe Menschen aus Afrika zogen.
Es fällt auch mit der Zunahme personalisierter Gentests zusammen, wobei viele Menschen jetzt behaupten, dass ein kleiner Prozentsatz ihres Genoms von Neandertalern stammt. Aber wie die eLife Studie zeigt, dass Menschen viel mehr mit Neandertalern gemeinsam haben, als diese kleinen Prozentsätze vermuten lassen.
Dieses zusätzliche Teilen lässt sich auf einen gemeinsamen Vorfahren von Neandertalern und Menschen zurückführen, der vor etwa 700.000 Jahren lebte. Dieser gemeinsame Vorfahr hinterließ dem Neandertaler und dem modernen Menschen ein gemeinsames Erbe in Form genetischer Variation.
Das Forschungsteam erforschte dieses uralte genetische Erbe und konzentrierte sich dabei auf eine bestimmte Art von genetischer Variation: Deletionen.
Gokcumen sagt, dass die „Deletionen seltsam sind, weil sie große Segmente betreffen. Einigen von uns fehlen große Teile unseres Genoms. Diese Deletionen sollten negative Auswirkungen haben und infolgedessen durch natürliche Selektion aus der Population eliminiert werden. Wir haben jedoch beobachtet dass einige Löschungen älter sind als moderne Menschen und Millionen von Jahren zurückliegen.“
Genvariationen, die über Millionen von Jahren weitergegeben wurden
Die Forscher verwendeten Computermodelle, um einen Überschuss dieser alten Löschungen zu zeigen, von denen einige bestehen geblieben sind, seit unsere Vorfahren vor etwa 2,6 Millionen Jahren zum ersten Mal lernten, Werkzeuge herzustellen. Darüber hinaus fanden die Modelle heraus, dass eine ausgewogene Selektion diesen Überschuss an alten Löschungen erklären kann.
„Unsere Studie trägt zu der wachsenden Zahl von Beweisen bei, die darauf hindeuten, dass eine ausgewogene Selektion eine wichtige Kraft in der Evolution der genomischen Variation beim Menschen sein könnte“, sagt Erstautor Alber Aqil, Ph.D. Kandidat in Biowissenschaften in Gokcumens Labor.
Die Forscher fanden heraus, dass Deletionen, die Millionen von Jahren zurückreichen, eher eine übergroße Rolle bei Stoffwechsel- und Autoimmunerkrankungen spielen.
In der Tat hat die Persistenz von Genversionen, die schwere Krankheiten in der menschlichen Bevölkerung verursachen, Wissenschaftler lange verwirrt, da sie erwarten, dass die natürliche Selektion diese Genversionen beseitigen wird. Schließlich ist es sehr ungewöhnlich, dass potenziell krankheitsverursachende Variationen so lange bestehen bleiben. Die Autoren argumentieren, dass eine ausgewogene Selektion dieses Rätsel lösen kann.
Aqil sagt, dass diese Variationen „vor Infektionskrankheiten, Ausbrüchen und Hungersnöten schützen können, die im Laufe der Menschheitsgeschichte regelmäßig aufgetreten sind. Daher stellen die Ergebnisse einen beträchtlichen Sprung in unserem Verständnis dar, wie sich genetische Variationen beim Menschen entwickeln ein Krankheitserreger oder Hunger, während es auch bestimmten Stoffwechsel- oder Autoimmunerkrankungen wie Morbus Crohn zugrunde liegt.
Mehr Informationen:
Alber Aqil et al, Balancing selection on genomic deletion polymorphisms in humans, eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.79111