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Biodiversität

Artbildung wird durch Mutationen erst möglich

Mutationen werden häufig als "Motor der Evolution" bezeichnet, und in der Tat wäre eine Weiterentwicklung der Arten ohne Mutationen nicht möglich. Das Erbgut (die DNA) unterliegt immer wieder zufälligen Veränderungen, die durch chemische Prozesse hervorgerufen werden. Wenn diese Veränderungen nur einzelne (somatische) Körperzellen eines Vielzellers wie der Säugetiere betreffen, können diese im schlimmsten Fall Erkrankungen wie Krebs hervorrufen. Das hat allerdings keine Auswirkungen auf den Nachwuchs.

Anders sieht es aus bei Veränderungen des Genoms von sich teilenden Einzellern oder bei Mutationen der Keimzellen, aus denen bei Vielzellern ein neuer Embryo entsteht. Auch bei der Replikation des Erbguts von Keimzellen können immer wieder einzelne Nucleotide falsch eingebaut werden oder durch chemische bzw. physikalische Prozesse verändert worden sein. Das Ergebnis ist eine Punktmutation, die dann unmittelbar auf den Nachwuchs vererbt wird.

Punktmutationen können die Eigenschaften von Proteinen verändern

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Abb.1
Die vier Untereinheiten des Hämoglobins (rot: Häm)

Punktmutationen treten relativ häufig auf. In den meisten Fällen bleibt der Austausch eines Nucleotids ohne Folgen oder wird durch zelluläre Reparaturenzyme behoben. Mitunter verändern sich die Eigenschaften der entsprechenden Genprodukte (Proteine) aber erheblich, so können z.B. durch den Austausch einer Aminosäure im Protein Ladungsverschiebungen auftreten und damit die katalytischen oder strukturellen Eigenschaften beeinflusst werden.

Der Austausch einer einzigen Aminosäure im Hämoglobin ist z.B. für die Sichelzellenanämie verantwortlich und eine bestimmte Mutation im Strukturprotein Collagen verursacht die Glasknochenkrankheit.

Deletionen und Inversionen

Anders als Punktmutationen betreffen strukturelle Mutationen größere Bereiche, in denen DNA entweder entfernt (deletiert) oder neu hinzugefügt (inseriert) wird. Deletionen sind in den meisten Fällen von Nachteil, weil durch diese Art von Mutationen u.U. wichtige Funktionen in der Zelle ausfallen oder bestimmte Strukturproteine nicht mehr synthetisiert werden. Insertionen hingegen haben ein hohes Entwicklungspotenzial, da sich bei Insertionen ein Stück DNA verdoppelt. In Kombination mit weiteren Punktmutationen kann die Zelle hier neue Eigenschaften erwerben.

Wie in der Abbildung gezeigt verbleibt bei einer typischen Insertion, der Duplikation (Verdopplung) eines Gens, eine funktionstüchtige Kopie des Gens an seinem Ort. Die zweite Kopie kann nun beliebig lange in der Zelle durch Punktmutationen verändert werden, ohne dass sich dieses für die Zelle nachteilig auswirkt. Sollte sich jedoch das entsprechend veränderte Gen unter bestimmten Umweltbedingungen als nützlich erweisen, dann hat diese Zelle im Vergleich zu allen anderen Zellen dieses Habitats einen (Überlebens-)Vorteil, der sich möglicherweise in mehr Nachkommen mit der gleichen Mutation niederschlägt.

Wie Information in der DNA codiert ist und dann in ein Protein übersetzt wird, erläutert die Lerneinheit Vom Gen zum Protein. Mehr zu den genetischen Algorithmen finden Sie in dieser Lerneinheit.

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