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Genomforschung
Das Geheimnis des Oktopus

Früher galten Kraken meist als gefährliche Monster, heute hat man ein eher positives Bild von ihnen. Einige Tiere schafften es sogar zur Berühmtheit, etwa Krake Paul, der als Orakeltier während der Fußballweltmeisterschaft 2010 Spielergebnisse vorhersagte. Was diese Tiere so einzigartig macht, hat nur ein internationales Genetikerteam herausgefunden.

Von Michael Stang |
    An einer Aquarienwand hält sich ein Kalifornischer Zweifleck-Oktopus (Octopus bimaculoides) fest.
    Ein Kalifornischer Zweifleck-Oktopus (Octopus bimaculoides). (picture alliance / dpa / Michael LaBarbera / Nature)
    Warum haben sie sich gerade dieses Tier als Forschungsobjekt ausgesucht? Die Antwort auf diese beliebte Frage von Wissenschaftsjournalisten fällt bei Caroline Albertine besonders lang aus. "Oktopusse zeigen viele Neuigkeiten, die einzigartig im Tierreich sind. In vielen Bereichen sind sie Menschen recht ähnlich, dann wieder völlig fremd. Sie haben diese riesigen Suchscheinwerferaugen, riesige, komplexe Gehirne. Sie können ihre Haut in Farbe und Textur verändern. Dann sind da die langen komplexen Arme mit Saugnäpfen. Viele Eigenschaften sind einzigartig und jene, die wir von anderen Tieren kennen, haben sie unabhängig entwickelt."
    Die Genetikerin der Universität von Chicago hat zusammen mit US-Kollegen und Forschern aus Japan das Genom des kalifornischen Zwei-Punkt-Oktopus sequenziert. Zum Team gehörte auch Oleg Simakov, der im japanischen Okinawa forscht. "Das erste Genom eines Kopffüßers überhaupt zu erstellen war höchste Zeit. Diese Weichtiere zeigen ein unglaublich komplexes Verhalten. Mithilfe des Genoms können wir nun analysieren, wie es zu diesen Entwicklungen im Laufe der Evolution kam, obwohl es keine Wirbeltiere sind. Das Ziel war also die genetischen Veränderungen zu verstehen, die zu solchen komplexen Organismen geführt haben."
    Die Aufgabe war gewaltig, denn das Oktopus-Genom ist riesig. Es umfasst rund 2,7 Milliarden Basenpaaren und reicht damit fast an die Größe des menschlichen Genoms heran. "Es gab die Hypothese, dass die Kopffüßer, also auch die Oktopusse, ihr riesiges Erbgut einer Verdopplung des Genoms verdanken, ähnlich wie Wirbeltiere, etwa Menschen. Durch diese Verdopplung gab es reichlich Gen-Material, aus dem sich dann einzelne Gene und in der Folge komplexe Systeme entwickeln konnten. Bei der Analyse des Oktopus-Genoms aber konnten wir keine Anhaltspunkte für eine Genduplikation entdecken."
    Und das ist eine Überraschung. Kopffüßer haben also nicht wie Wirbeltiere ihr großes Genom einer einfachen Verdopplung des Erbguts zu verdanken, sondern ihre Evolution hat von Grund auf genetisches Neuland betreten. Ihre Komplexität verdanken diese Weichtiere zahlreichen Neuerungen. Diese lassen sich überall im Oktopus-Genom finden, so Caroline Albertine aus Chicago. "We did find several thousand genes that were octopus specific and several hundred gene-families that were cephalopod specific."
    Einige tausend Oktopus-spezifische Gene hätten sie entdeckt, zudem einige hundert Genfamilien, die nur in Kopffüßern vorkommen. Zusammengerechnet kommen so Hunderte Millionen Basenpaare zusammen, die den gewaltigen Genomkomplex ausmachen. Vor allem zwei Genfamilien, die Forscher bisher nur bei Wirbeltieren in großer Vielfalt analysiert hatten, sind bei diesen Weichtieren ebenfalls stark erweitert."Oktopusse unterscheiden sich auf genetischer Ebene deutlich von Wirbeltieren. Wir haben etwa eine Genfamilie (Protocadherins) entdeckt, die für die Entwicklung des neuronalen Systems verantwortlich ist. Oktopusse haben aber deutlich mehr dieser Gene im Vergleich zu Säugetieren wie Maus oder Mensch, was sehr cool ist."
    Damit zeigt das Oktopus-Genom beispielhaft, welche verschlungenen Wege die Evolution mitunter einschlägt. Komplexe Gehirne oder Nervensysteme müssen nicht zwangsläufig durch Genduplikation entstehen, sondern die Evolution kennt Alternativen, um mannigfaltige Organismen entstehen zu lassen: zum Beispiel jene mit acht saugnapfbestücken Armen, die ihre Farbe der Umgebung anpassen können und die Umgebung mit riesigen Scheinwerferaugen betrachten.