Wissenschaft im Fokus

Chojnowski, J. L. & E. L. Braun (2008): Turtle isochore structure is intermediate between amphibians and other amniotes. – Integrative and Comparative Biology 48: 454-462.

Die Schildkröten-Isochorstruktur liegt intermediär zwischen Amphibien und anderen Amnioten

Wirbeltiergenome sind aus Isochoren zusammengesetzt, die relativ lange (100 kb) Regionen mit einer relativ homogenen Basenzusammensetzung (GC-reich oder AT-reich) sind. Zudem zeigen sie scharfe Grenzen zu den benachbarten Isochoren. Säugetiere und lebende Archosaurier (Vögel und Krokodile) haben sehr heterogene Genome, die sehr GC-reiche Isochoren enthalten. Im scharfen Gegensatz dazu zeichnen sich die Genome der Amphibien und Fische durch wesentlich homogenere aus, die einen generell niedrigeren GC-Gehalt aufweisen. Weil sich die DNS mit hohem GC-Gehalt durch eine größere Temperaturstabilität auszeichnet, hat man sehr früh die Hypothese vertreten, dass der höhere GC-Gehalt bei Säugern und Archosauriern eine Anpassung an deren höhere Körpertemperatur widerspiegelt. Diese Hypothese kann man testen, indem man die Isochorenstruktur in den verschiedenen Kladen der Reptilien untersucht., welche die Archosaurier, die Testudines (Schildkröten) und die Lepidosaurier (Echsen und Schlangen) einschließt.. Zudem zeigen Reptilien verschiedene Körpergrößen, Metabolismusraten und Thermoregulationsmuster. Diese Studie zielt auf eine vergleichende Analyse einer neuen Gruppe von exprimierten Genen der Rotwangen-Schmuckschildkröte und den orthologen der Schildkrötengene im Genom von Säugern (Mensch, Maus, Hund und Opossum) Archosauriern (Huhn und Alligator) sowie Amphibien (Krallenfrosch) ab. EST-Daten („expressed sequence tag data“) von einer Schildkröten-cDNS-Sammlung, angereichert für Gene mit spezialisierten Funktionen (Entwicklungsgene) zeigten, dass unter Verwendung des GC-Gehalts der dritten Codonposition zur Isochorstrukturanalyse Vorsicht geboten ist und dass man sehr genau die Auswahl der zu untersuchenden Gene treffen muss. Die stark exprimierten Gene, bspw. „housekeeping genes“ (Gene, die immer gebraucht werden), sind in der Regel GC-reicher als die Gene mit ganz speziellen limitierten Funktionen. Allerdings zeigten die stark exprimierten Gene, dass diese bei Schildkröten einen mittleren GC-Gehalt aufweisen, der zwischen den GC-armen Genen der Amphibien und jenen der GC-reichen Gene der Säuger und Archosauriern liegt. Es gab eine strenge Korrelation zwischen dem GC-Gehalt aller Schildkrötengene und dem GC-Gehalt der vergleichbaren Gene anderer Wirbeltiere, mit einer Kurve für die Beziehung von GC-Gehalt und Isochorstruktur, die ebenfalls zeigt, dass die Isochorstruktur der Schildkröten zwischen jener von Amphibien und jener der anderen Amnioten liegt. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der Thermal-Hypothese für die Isochoren-Evolution. Wir glauben aber, dass die derzeitigen ernst zu nehmenden Modelle zur Isochorevolution immer noch unterschiedliche Modelle beinhalten. Diese Daten erweitern die Anzahl der verfügbaren genomischen Datensätze, die uns derzeit für Reptilien zu Verfügung stehen, so dass weitere genomische Analysen möglich werden.

Anmerkung von H.-J. Bidmon:
Zugegeben eine etwas theoretische Studie, die aber dennoch auf einen wichtigen Punkt verweist! Denn wenn die Thermalhypothese zutrifft, die besagt, dass der GC-Gehalt der Gene mit der maximal tolerierbaren und optimalen Körpertemperatur einhergeht, dann würden die Daten für Schildkröten klar dafür sprechen, dass deren optimale Betriebstemperatur eben zwischen jener von Amphibien und Säugern liegt. Das würde bedeuten, dass sie auf jeden Fall niedriger liegen sollte als die 37 °C der meisten Säugetiere und Vögel. Da davon gerade die Gene betroffen sind, auf deren Aktivität man tagtäglich angewiesen ist – wie die so genannten Haushaltsgene –, sollte man sich schon fragen, ob die von manchen Veterinären immer noch nachzulesenden hohen Temperaturen für Schildkröten, die sie angeblich zur optimalen Verdauung benötigen, gerechtfertigt sind (s. Die Fütterung Mediterraner Landschildkröten Bericht von Prof. Dr. R. Hoffmann, Dr. M. Baur, Ludwig-Maximilian-Universität München, Lehrstuhl für Zoologie, Fischereibiologie und Fischkrankheiten / Abteilung für Reptilienkrankheiten, Internet Stand 07.11.2008). Denn selbst eigenen Beobachtungen zufolge stellen bei solchen Temperaturen, selbst Arten, die aus sehr warmen Gebieten stammen, ihre Aktivität und sogar die Futteraufnahme ein, zumindest dann, wenn sie sich nicht mehr in kühlere Unterschlüpfe zurückziehen können. Man fragt sich auch, warum manche Arten aus solch heißen Regionen morgens bei Sonnenaufgang fressen und dann den ganzen restlichen Tag in Höhlen bei nicht mehr als 28,6 °C verbringen, wo sie doch genauso gut draußen bei gemessenen 34-36°C sitzen könnten (siehe Ultsch, G. R. & J. F. Anderson (1986): The respiratory microenvironment within the burrows of Gopher tortoises (Gopherus polyphemus), Copeia 1986 (3): 787-795).




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