Molekulare Evolutionsuhr

Zusammenfassung

Die Molekulare Uhr ist ein evolutionsbiologisches Konzept, das genetische Veränderungen in verwandten Populationen nutzt, um den Zeitpunkt einer gemeinsamen Vorfahrenpopulation abzuschätzen bzw. die Zeitdauer zu ermitteln, welche die heutigen genetischen Unterschiede zwischen den Populationen erklären lässt. Das Kapitel geht auf die genetischen Marker ein, die für eine Molekulare Uhr genutzt werden können und beschreibt Schwierigkeiten, die sich bei der zeitlichen Eichung (Kalibrierung) der Uhr ergeben.

Am Ende des Kapitels werden Aufgaben gestellt, für welche wir Lösungsvorschläge im Kapitel 20 des Anhangs geben. Das Lernen und Verstehen der Inhalte wird durch ein Glossar unterstützt.

Glossar

Äquidistanz

Gleicher Abstand. Beim Artenvergleich messen wir den Abstand mithilfe genetischer Unterschiede. Vergleicht man zum Beispiel drei Arten, wobei zwei Arten eng verwandt und nur weit verwandt mit der dritten Art sind, dann werden beide eng verwandten Arten zur dritten Art etwa die gleiche Anzahl von Unterschieden aufweisen, doch nicht zwingend dieselben.

Boten-RNA

▶ mRNA

Degeneration des genetischen Codes

Die vier Grundbausteine der Erbinformation (Basen: Adenosin, Cytosin, Guanin und Thymin) lassen 64 Dreierkombinationen (Triplett) zu, die für maximal 22 Aminosäuren, den Beginn und das Ende eines Gens codieren. Deswegen können verschiedene Tripletts zum selben Ergebnis führen.

Duplikation

Ein Chromosomenschnitt wird verdoppelt.

Flaschenhals

Eine Population erfährt eine drastische Verringerung der Populationsgröße. Nur wenige Individuen erhalten die Population und die ursprüngliche genetische Vielfalt wird erheblich reduziert. Nach dem Durchlaufen eines Flaschenhalses bestimmen insbesondere Zufallseffekte, aber auch Selektion den neuen Evolutionsweg einer Population („bottleneck effect“).

Genpool

Die Gesamtheit der genetischen Information aller reproduzierenden Individuen einer Population oder Gruppe.

Globine

Sauerstoffbindende oder sauerstofftransportierende Proteine.

homologe Gene

Gene mit sehr ähnlicher Struktur, die auf ein Gen eines gemeinsamen Vorfahren zurückgeführt werden können.

homologe Proteine

Proteine mit einer sehr großen strukturellen Ähnlichkeit, die sich durch den gemeinsamen evolutionären Ursprung erklärt (▶ homologe Gene).

Hybridisierung

Arten: Individuen verwandter Arten können paaren und haben lebensfähige Nachkommen.

Züchtung:

Die Kreuzung von Individuen verschiedener Zuchtlinien oder Rassen werden ebenfalls als Hybride bezeichnet. Hybride Organismen können auch mithilfe gentechnischer Methoden geschaffen werden.

Technik: Mischprodukte. In der Molekulargenetik bezeichnet Hybridisierung die Zusammenlagerung von DNA-Einzelsträngen zu einem Doppelstrang.

Infinite-Allel-Modell

Dieses Modell nimmt an, dass jede Mutation zu einem neuen allelischen Zustand führt. Das neue Allel unterscheidet sich von allen bisherigen Allelen der Population („infinite allele model“, IAM). Ein sehr theoretisches Modell, doch ist es für mathematische Analysen sehr geeignet!

Introgression

Erfolgreiches Eindringen artfremder Gene in den Genpool einer Art. Dieses ist bei höheren Organismen Folge von Hybridisierungsereignissen (▶ G). Bakterien, Viren oder Phagen können artfremde DNA aufnehmen und in ihr Genom integrieren.

Inversion

Ein Chromosomenabschnitt oder eine DNA-Sequenz wird in der Leserichtung umgekehrt und wieder ins Chromosom eingefügt.

Kalibrierung

Ermittlung einer korrekten Skalierung von Evolutionszeiträumen mithilfe bekannter Messdaten. Hierbei muss auch die Präzision beziehungsweise der Fehler der Methode berücksichtigt werden.

Kreationismus

Die Entstehung des Universums, des Lebens und die des Menschen werden auf der Grundlage einer Glaubenslehre erklärt. Im Christentum beziehen sich die Kreationisten auf die Bibel.

mRNA

Abkürzung von „messenger RNA“. Die komplementäre Abschrift eines Gens, die in eine Aminosäurekette übersetzt wird.

Outgroup-Spezies

Eine Art, die weit verwandt zu Arten ist, deren Eigenschaften verglichen werden. Die Mitbetrachtung von Outgroup-Spezies beim genetischen Artenvergleich ist notwendig, um einen Evolutionsweg möglichst eindeutig zu beschreiben.

Pseudogen

Eine DNA-Sequenz, die oftmals aus der Duplikation (▶ G) eines funktionellen Gens entstanden ist, und sich im Genom erfolgreich etablieren konnte. Entweder hat das Gen bereits beim Duplikationsprozess seine Funktion verloren oder Mutationen führen in den nachfolgenden Generationen zum Funktionsverlust.

Schrittweise-Mutationsmodell

Eine Modellvorstellung, die mutationsbedingte Veränderungen an einem Locus mit zwei Zuständen erklärt – Die Vorwärtsmutation führt zu einem neuen Allel in der Population; die Rückwärtsmutation erzeugt einen allelischen Zustand, der schon zuvor am Locus vorhanden war („stepwise mutation model“, SMM). Als ein Beispiel dienen Mikrosatelliten.

Semantit

Hier verwenden wir dieses Wort im Sinn von Zeichen- oder Bedeutungsgeber für Evolutionsvorgänge. Zum Beispiel kann man von DNA-Strukturen auf Evolutionszeiträume schließen, aber auch Aminosäuresequenzen können hierfür dienlich sein.

Translokation

Die Position eines DNA-Abschnitts wird verändert. Ein DNA-Abschnitt wird auf ein anderes Chromosom verlagert.

Wegeners Kontinentaldrift

Alfred Wegener hat als erster die Dynamik der Erdoberfläche beschrieben. Die auffällige Übereinstimmung der Küstenformation verschiedener Kontinente, wie bei einem Puzzle, erklärte er damit, dass die Erdoberfläche sich stetig verändert. Kontinente sind ständig in Bewegung. Heute wissen wir, dass die verschiedenen Kontinentalplatten auf dem zähflüssigen Erdmantel „schwimmen.“