Vom Huftier zum Meeressäuger Genverlust macht Wale fit für ein Leben im Wasser

Dass alles Leben auf unserem Planeten im Wasser seinen Ursprung hat, wissen wir. Wie aber fanden Landsäugetiere den Weg zurück ins Meer? Wissenschaftler aus Dresden suchten in den Genen nach einer Antwort. Demnach stammen Wale von Huftieren ab, die sich nach und nach durch das Ausschalten von einzelnen Erbgutsequenzen an ihren neuen Lebensraum anpassten. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Dresdner kürzlich im Wissenschaftsmagazin Science.

von Guido Meyer

Whalewatching
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Jahr für Jahr ziehen an der Westküste Kanadas mehrere Tausend Grauwale vorbei. Sie pendeln dort zwischen den kalten, aber nahrungsreichen Gewässern im Norden und den wärmeren im Süden, wo sie ihre Kälber zur Welt bringen. Der britische Zoologe Mark Carwardine begleitet interessierte Touristen beim Whalewatching in dieser Region.

Das Modell eines Indohyus, einer ausgestorbenen Gattung der Paarhufer.
Indohyus: Aus diesem Tier entwickelte sich im Laufe von 20 Millionen Jahren der Wal. Bildrechte: dpa

Selbst für ihn als Walexperten ist immer noch rätselhaft, von welchen Tieren die Meeressäuger abstammen. Er folgt der derzeit gültigen Theorie, dass sich die Wale vor 60 Millionen Jahren herausgebildet haben, kurz nachdem die Dinosaurier ausgestorben waren. Indohyus heißt der waschbärgroße behaarte Paarhufer, der als Vorfahr der Wale gilt und nach und nach einen neuen Lebensraum für sich eroberte.

Das Tier hielt sich mehr und mehr im Wasser auf, um neue Nahrungsquellen zu erschließen. Im Laufe der Zeit verschwanden seine Hinterbeine. Die Vorderbeine wandelten sich um zu Flossen.

Mark Carwardine, Zoologe

Noch heute kann man die Hand- und Fingerknochen in Walflossen erkennen. Solche Überbleibsel einer anderen Zeit verraten Biologen heute, wie Evolution funktioniert. Und es sind nicht nur die übriggebliebenen Knochen in den Walflossen, an denen sich das Wirken der Evolution ablesen lässt.

Auch die fossilen Knochen ausgestorbener Übergangsformen zwischen dem wolfsgroßen Huftier und den heutigen Walen geben Auskunft über den Stammbaum. Sie zeigen relativ klar, dass sich Gliedmaßen zurückgebildet haben und sich ein Schwanz entwickelte, eben um sich im Wasser fortbewegen zu können.

Wir wissen aufgrund von molekularen Merkmalen, also DNA-Sequenzen, dass das nächste verwandte noch lebende Säugetier das Nilpferd ist.

Michael Hiller, Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik Dresdem

Michael Hiller ist Genomforscher am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden. Zusammmen mit seinem Team hat er das Erbgut heute lebender Wale näher betrachtet. Fast zwanzigtausend Gene haben die Biologen auf Mutationen hin untersucht und sie verglichen – untereinander, unter verschiedenen Walarten, aber auch mit verwandten Säugetieren wie dem Nilpferd.

Wir wollten wissen, wie sich die DNA während des Übergangs von Land zu Wasser verändert hat.

Michael Hiller

Dass während dieses Prozesses 85 Gene verloren gingen, konnten die Wissenschaftler bei ihrer systematischen Suche feststellen. Und sie konnten zeigen, dass heute noch lebende Säuger wie Kühe oder Nilpferde Mutationen nicht haben. Damit konnten sie sicherstellen, dass der Genverlust unmittelbar mit dem Weg der Säuger ins Meer zusammenhängt und durchaus seinen Sinn hat:

tauchender Grauwal
Bildrechte: imago images/Ardea

Zum Beispiel das Gen, das beteiligt ist an der Bildung von Spucke: Wenn man immer im Wasser lebt, braucht man keine Spucke, um Nahrung im Mund zu durchfeuchten.

Michael Hiller, Genomforscher
Grauwal an der Meeresoberfläche
So schläft ein Wal: seitlich auf der Wasseroberfläche - aber dennoch hellwach! Bildrechte: imago images/Ardea

Auch das Gen, das für die Bildung des Schlafhormons Melatonin zuständig ist, ist bei den Walen ausgeschaltet. Sie schlafen also nicht, sondern schalten nur einen Teil ihres Gehirns ab. Dieses Phänomen können die Teilnehmer des Whalewatchings an der kanadischen Westküste beobachten. Eine Grauwalkuh schwimmt direkt vor ihnen. Lautlos und bewegungslos treibt sie knapp unter der Wasseroberfläche. Kapitän Ronny Lamoureux erklärt, dass sie trotzdem sehr aktiv ist:

Sie ruht sich aus, achtet aber zugleich auf ihre Atmung und sie registriert, ob es stürmt, ob sie in flaches Gewässer und in kalte oder warme Strömungen gerät.

Ronny Lamoureux, Kapitän

Diese besondere Form des Schlafes konnte sich offenbar herausbilden, indem ein spezielles Gen ausgeschaltet wurde - das für die Melatoninbildung. Das schlussfolgert Michael Hiller aus den Untersuchungsergebnissen. Es ist zwar immer noch vorhanden, aber nicht mehr aktiv und die Informationen des Gens sind inzwischen beschädigt.

Genetische Tippfehler entstehen über Millionen Jahre

Die Dresdner Forscher glauben, dass zwanzig Millionen Jahre ins Land gegangen sind, bis aus einer Art Wolf mit Hufen das erste Meeressäugetier entstanden ist, das wir heute Wal nennen.

Wie hier beim Übergang von Land zu Wasser kann der Verlust von Genen auch ein Vorteil sein und muss nicht wie bei uns Menschen nur Krankheiten verursachen.

Michael Hiller

Zuletzt aktualisiert: 29. September 2019, 08:00 Uhr