Kapitel 34: Neurogenetik

34.2 Die Struktur des Nervensystems unterliegt genetischer Kontrolle

Die Konstruktionsbeschreibung einer Maschine oder der Bauplan eines Hauses ist detailgetreu, d.h. zwischen den Einzelheiten des Bauplans und denen des Endprodukts besteht eine 1:1-Zuordnung. Das Genom enthält in diesem Sinne Baupläne für Polypeptidketten; ein solcher Bauplan für den Organismus inklusive Nervensystem ist jedoch nicht im Genom enthalten. Schon das Zahlenverhältnis der Gene zu den Nervenzellen oder Synapsen (Tab. 34-2) zeigt, daß höchstens kombinatorische Zusammenhänge zwischen dem Satz der Gene und dem der phänotypischen Eigenschaften eines Organismus bestehen können. Die Erbinformation muß als ein Bestandteil von Spielregeln (Algorithmen) verstanden werden, die beim Entwicklungsspiel zu einer bestimmten Endstellung, dem Phänotyp, führen. Gene sind im Entwicklungsprozeß lenkende, aber keineswegs hinreichende Randbedingungen für die Entstehung von Mustern.

Das Spielbeispiel kann in der Tat bei dem Verständnis von Entwicklungsprozessen hilfreich sein. Denn durch Spielregeln werden meist nur bestimmte Charakteristika einer Endstellung zuverlässig festgelegt, andere sind mehr vom zufälligen Verlauf des Spiels abhängig. Auch nicht jedes Detail der Gehirnentwicklung ist erblich genau festgelegt. So würde man z.B. die Gehirne isogener Individuen (z.B. eineiiger Zwillinge) im Elektronenmikroskop nicht zur Deckung bringen können, und doch zeichnen sich genetisch identische Individuen durch eine meßbar geringere Variabilität der Gehirnstruktur und der Gehirnfunktion aus, d.h. wesentliche Merkmale, für die in der Evolution selektiert wurde, sind genetisch abgesichert.

Die Genauigkeit der Zuordnung eines Gehirnphänotyps zu einem Genotyp kann durch einen Vergleich der Hirnhälften bilateralsymmetrischer Organismen geschätzt werden. Da davon ausgegangen werden darf, daß für die Gehirnhälften eines Individuums nicht nur die genetische Information, sondern auch die während der Entwicklung bedeutsamen Umweltfaktoren ähnlich waren, liefert ihr Vergleich eine obere Abschätzung der Auswirkungen des Zufalls im Entwicklungsprozeß. Am bilateralen Insektengehirn zeigt es sich, daß der Effekt dieses entwicklungsbiologischen Rauschens erst sichtbar wird, wenn die Feinstrukturen im Bereich weniger Mikrometer betrachtet werden, weshalb der symmetrische Eindruck im Lichtmikroskop überwiegt (Abb. 34-4). Das Entwicklungsprogramm, welches zum Gehirnphänotyp führt, ist somit genetisch sehr stabil in einem Gen-Netzwerk verankert. Diese Stabilität kann jedoch durch Mutationen empfindlich gestört werden, was sich dann u.a. in variablen, asymmetrischen Phänotypen niederschlägt (Abb. 34-5).

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