Gene lernen aus Stress

Warum manche Menschen nach einem traumatischen Erlebnis eine Depression entwickeln, während andere Menschen mit gleicher Erfahrung nicht erkranken, führten Forscher bisher auf die Unterschiede in ihrem genetischen Erbe zurück. Das Genom galt als unveränderlicher Bauplan des Menschen, der zu Beginn unseres Lebens festgelegt wird. Der Mensch als eine Marionette seiner Gene - von dieser fatalistischen Choreographie muss sich die Wissenschaft verabschieden. In Wirklichkeit sind unsere Erbanlagen in ständigem Wandel begriffen. Nicht nur die Gene prägen den Menschen, der Mensch prägt auch die Wirkung seiner Gene.

Wie Gene und Umwelteinflüsse in Wechselwirkung treten, ist gerade im Bereich der Psychiatrie von größtem Interesse. Sigmund Freud beschrieb bereits vor mehr als 100 Jahren den Einfluss von traumatischen Erlebnissen auf die Entwicklung von Angsterkrankungen. Die Epidemiologie konnte dies eindrucksvoll bestätigen. Die molekularen Abläufe, durch die Ereignisse tiefe Spuren in unseren Gehirnzellen und deren Genen hinterlassen, sind aber eines der großen ungelösten Rätsel der modernen Medizin geblieben.

Mit der Entschlüsselung des menschlichen Genoms zur Jahrtausendwende richteten sich die Hoffnungen der Forscher vor allem auf die Identifizierung von Genvarianten, die mit einem erhöhten Erkrankungsrisiko einhergehen. Sehr schnell wurde aber deutlich, dass genetische und Umwelteinflüsse voneinander abhängig sind und dass erworbene Informationen die Gebrauchsanweisung zum „Buch des Lebens" liefern. Hierzu werden Methylgruppen wie Signalflaggen auf der doppelsträngigen Erbsubstanz angebracht und legen somit fest, wie häufig ein Gen abgelesen wird. Die Entschlüsselung dieser Informationen ist Gegenstand der Epigenetik, einer neuen Forschungsrichtung, die zum Verständnis der Wechselwirkung von Genen und Umwelt zunehmend an Bedeutung gewinnt.

Sämtliche Zellen eines Lebewesens besitzen die gleiche genetische Blaupause. Aber sie können als Folge unterschiedlicher Entwicklungs- und Umwelteinflüsse unterschiedliche Epigenome ausbilden. Dadurch gewinnen die Zellen verschiedene Eigenschaften, d.h. eine eigene Identität. Sie verfügen gleichsam über ein Gedächtnis. Das Epigenom ist daher die Sprache, in der das Genom mit der Umwelt kommuniziert und Spuren auf unseren Genen hinterlässt.

Wenn Körperzellen durch ihr Epigenom mit der Umwelt vernetzt sind, sollte dies nicht auch auf unser Gehirn zutreffen? Und könnte dann dieser zweite, epigenetische Code dergestalt frühe Erfahrungen in unseren Nervenzellen verankern?

Nicht jede dicke Wolke bringt Regen: In unbelasteter Luft regnet diese Wolke (li.) über dem Amazonas normal ab. Aus einer anderen Wolke vom selben Tag (re.) fiel kein Regen, da sie mit vielen Aerosolen durch Brandrodungen belastet war.

Dreck macht in Maßen macht mehr Regen

Autos, Kraftwerke und Heizungen pusten riesige Mengen an Aerosolen in die Luft. Auch Brandrodungen setzen die Schwebepartikel mit Durchmessern von zum Teil nur wenigen Tausendstel Millimetern frei. Vor dem Einfluss des Menschen war die Last der Aerosole in der Luft über Land nur bis zu doppelt so hoch wie über den Meeren; heute ist die Landluft zum Teil hundertmal stärker belastet. Dass natürliche und von Menschen gemachte Aerosole unser Klima beeinflussen, ist unbestritten. Doch wie wirken sie genau?

Ohne Aerosole können sich keine Niederschlagstropfen bilden. Sie geben den Wolken Starthilfe, indem sie der Luftfeuchtigkeit Sammelstellen anbieten, so genannte Kondensationskeime: die winzigen Teilchen sind notwendiger Ausgangspunkt eines jeden Regentropfens. Die Luftfeuchtigkeit aus der aufsteigenden Luft kondensiert an den Aerosolpartikeln. Dabei wird genau die Wärme frei, die bei der Verdunstung des Wassers benötigt wurde. Sind nur wenige Partikel in der Luft, wachsen die Tropfen so schnell, dass sie abregnen bevor alles Wasser kondensieren kann. Sind viele Sammelstellen vorhanden, bilden sich mehr und dafür kleinere Tropfen, die länger in der Luft schweben. Die Wärmeenergie, die das zusätzliche Wasser beim Kondensieren abgibt, reicht aus, um die Wolken weiter aufsteigen zu lassen und der Prozess setzt sich fort. Es regnet viel.

In stark verschmutzter Luft gibt es dagegen ein Überangebot an Sammelstellen: Die Tropfen bleiben winzig und erreichen nicht das notwendige Gewicht, um zu fallen. Außerdem streuen die vielen kleine Tröpfchen mit ihrer größeren Gesamtoberfläche mehr Sonnenlicht, was die Erdoberfläche kühlt. Aerosole verringern somit - wie eine Art Sonnenschirm - den Anteil der Sonnenenergie, die den Boden erreicht. Dadurch verdunstet weniger Wasser. Außerdem erwärmt sich der Boden nicht so stark, und es steigt weniger warme, feuchte Luft auf, die für die Wolkenbildung notwendig ist. In dieselbe Richtung wirken dunkle Russpartikel aus Waldbränden oder Kohleverbrennung, die Sonnenenergie aufnehmen. Sie erwärmen die Luft um sich herum, so dass Wolkentröpfchen verdunsten anstatt abzuregnen.

Die Wirkung dieser winzigen Partikel auf den Niederschlag kann also vollkommen gegensätzlich sein. Bisher wurden die Effekte der Aerosole auf die Energie am Boden und auf die Tropfenbildung in der Höhe getrennt betrachtet. Die Ergebnisse waren daher so widersprüchlich, dass das Thema im Rahmen von Klimaprognosen lieber beiseite geschoben wurde. "Ob Aerosole zu mehr Wolken und mehr Niederschlag führen oder zu weniger Wolken und weniger Niederschlag, hängt davon ab, wie viele Aerosole es sind. Erst daraus folgt, wie sich die Energie verteilt, die gebraucht wird, um Wasser zu verdunsten und Luft zu transportieren", erklärt Meinrat O. Andreae, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz.

Der Mensch, ein globales Puzzle

Die Rekonstruktion der menschlichen Stammesgeschichte gleicht einem weltweiten Puzzlespiel. Oft sind die fossilen Überreste von Skeletten unvollständig oder einzigartig, wie im Fall des indonesischen Mojokerto-Kinderschädels. Mit jedem neuen Fund und besseren wissenschaftlichen Untersuchungsmethoden gewinnen die Paläoanthropologen ein klareres Bild von der Entwicklung des Menschen.

Kein Zweifel besteht an der engen Verwandtschaft von Mensch und rezenten Primaten wie Schimpansen, Gorillas und Orang-Utans. Darauf deuten vor allem Ergebnisse von DNA-Analysen: Danach unterscheidet sich das Erbgut von Mensch und Schimpanse lediglich um 1,6 Prozent (Gorilla: 2,3 Prozent, Orang-Utan: 3,6 Prozent). Als der früheste Vorfahr des Menschen gilt heute der rund sechs Millionen Jahre alte „Millennium Mann" (Orrorin tugenensis) aus dem kenianischen Rift Valley. Die innere Beschaffenheit seines Oberschenkelhalsknochens weist ihn als Zweibeiner aus; das Knochenfossil war im Jahr 2000 im ostafrikanischen Grabenbruch gefunden worden, der seit langem als die Wiege der Menschheit gilt.

Vor der Entdeckung des „Millennium Mannes" galten rund vier Millionen Jahre alte Knochenfunde aus Kenia sowie viereinhalb Millionen Jahre alte Skelette aus Äthiopien als die frühesten Spuren unserer Vorfahren. Die ersten Fossilien, die man als Homo (Mensch) bezeichnet, sind fast 2,4 Millionen Jahre alt; sie stammen aus Ost- und Südafrika und gehören zu Homo habilis. Vor etwa 1,9 Millionen Jahren entwickelte sich dann ein fortschrittlicher Menschentyp: Homo erectus hatte ein größeres Gehirn und ein Skelett, das dem heutigen Menschen sehr ähnelte. Homo erectus drang von Afrika aus bis in den Kaukasus sowie nach Ost- und Südostasien vor und erreichte schließlich vor einer bis einer halben Million Jahre auch Europa.

Die Forscher vermuten, dass sich vor etwa 500 000 Jahren zwei unterschiedliche Linien der Gattung Homo entwickelten: eine zum Neandertaler (Homo neanderthalensis) und eine zum modernen Menschen (Homo sapiens). DNA-Analysen von Skeletten belegen, dass der Neandertaler einer heute ausgestorbenen Linie der menschlichen Gattung angehörte. Er wurde nach dem Neandertal bei Mettmann (zwischen Düsseldorf und Wuppertal) benannt, wo im Jahr 1856 erstmals ein Schädel dieses Urmenschen gefunden wurde. Der klassische Neandertaler lebte im Mittelpaläolithikum - in der Zeit von etwa 130 000 bis 30 000 vor Christus; Neandertaler waren untersetzter und kräftiger als die heutigen Menschen.

Der moderne Mensch entwickelte sich wahrscheinlich aus einer afrikanischen Linie des Homo erectus. Die frühesten gefundenen Überreste sind zwischen 100 000 und 120 000 Jahre alt. Noch vor 40 000 Jahren lebte Homo sapiens in weit auseinander gelegenen Gebieten in Asien und Europa. Aus dieser Differenzierung gingen schließlich die heute verbreiteten Völker hervor.

Thorsten Naeser (2004)

Mittels Computertomografen analysieren die Forscher die Zahnstrukturen – sie geben Auskunft über die Wachstumsraten der frühen Hominiden. Mit einem 3-D-Drucker können sie dann eine vergrößerte Gips-Version des Zahns erstellen.

Auf den Zahn gefühlt

Unser Studiengelände liegt im Nordosten Äthiopiens in der Region Dikika. Die weite, karge Landschaft von Dikika birgt Jahrmillionen altes Gebein. Seit fünf Jahren suchen wir die Böschungen entlang eines ausgetrockneten Flussbeckens ab und durchsieben den Boden nach Knochen, die das Wasser, das einst durch das Becken floss, bergab gespült hat. Mittagstemperaturen bis 50° Celsius lassen die Arbeit zur Qual werden; nirgends gibt es ein schattiges Plätzchen. Bisher besteht unsere Ausbeute aus einer Fülle fossiler Säugetiere, darunter Elefanten, Flusspferde und Antilopen. Menschliche Überreste sind nicht dabei.

Doch im Dezember 2000 werden die Paläoanthropologen endlich fündig: In einer dicken Sandsteinlage stoßen sie auf die Teile eines Kinderskeletts. Das winzige Gesicht lugt aus einem staubigen Hang hervor. Es handelt sich um die fossilen Überreste eines Hominiden, wie man die frühen Vorfahren des Menschen nennt; ein Australopithecus afarensis, wie die Forscher später feststellen werden. Damit gehört das Kleinkind zur gleichen Art wie "Lucy", jenes weltberühmte, rund 3,2 Millionen Jahre alte weibliche Skelett, das 1974 in der gleichen Region Afrikas ausgegraben wurde. Vermutlich hat eine Flutwelle es vor etwa 3,3 Millionen Jahren mitgerissen und dann sehr schnell unter Kies und Sand begraben, so dass es vor Aasfressern und vor der Witterung geschützt war.

Sämtliche Knochen des oberen Skelettteils sind in einem sehr kompakten Sandsteinblock eingeschlossen - für die Paläoanthropologen eine ungewohnte Herausforderung, denn in der Regel müssen sie die bruchstückhaften Teile eines Fundes wieder zusammenfügen und nicht auseinanderpulen. Mit Hilfe eines Zahnarztbohrers entfernen sie den harten Sandstein Korn für Korn aus den Rippenzwischenräumen und der gekrümmten Wirbelsäule. Es dauert vier Jahre bis das gesamte Skelett geborgen werden kann. Zahlreiche Forscher, u.a. vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig, und mehr als 40 Feldforschungsassistenten sind an der Ausgrabung beteiligt.

Der neue Skelettfund ist der älteste und vollständigste, der jemals von einem kindlichen menschlichen Vorfahren gemacht worden ist, denn im Gegensatz zu "Lucy" hat das Kind auch Finger, einen Fuß und einen vollständigen Rumpf. Und vor allem: Es hat ein Gesicht. „Wir können die Milchzähne sehen und die bleibenden Zähne, die noch im Kiefer stecken. Wir haben fast alle Wirbel, Rippen und die Schulterblätter. Und wir haben Ellbogen, Hände, Beinknochen und fast einen kompletten Fuß, bei dem nur die Zehenspitzen fehlen", beschreibt Zeresenay Alemseged, der aus Äthiopien stammende und in Leipzig arbeitende Projektleiter, den Fund in einem Interview mit dem Deutschlandradio im September 2006.

Monogamie – eine Beziehungskiste mit Zwischenböden

Monogames Zusammenleben, jene enge soziale Beziehung eines Männchens mit einem Weibchen, ist bei Säugetieren relativ selten und kommt nur bei ungefähr drei Prozent der Arten vor. Bei den nicht-menschlichen Primaten allerdings ist mit etwa 15 Prozent der Arten die Monogamie deutlich weiter verbreitet, und unter Vögeln gelten monogame Paarbeziehungen sogar als die Regel. Für unsere eigene Spezies weist Murdocks „Atlas der Weltkulturen" etwa 17 Prozent aller rund 660 gelisteten Gesellschaften als in irgendeiner Weise sozial monogam aus.

Doch das Bild idyllischer Kleinfamilien aus Müttern, Vätern und Kindern trügt - zumindest in Tiergesellschaften: Unter der Oberfläche enger Partnerschaften verbergen sich häufig konfliktträchtige weibliche und männliche Interessen, und die idealisierte, scheinbar harmonische Paarbeziehung entpuppt sieh bei näherer Betrachtung gelegentlich eher als ein Kampf der Geschlechter.  Verhaltensbeobachtungen zeigen, dass sozial monogames Zusammenleben nicht mit monogamer Paarung oder Fortpflanzung gleichzusetzen ist.

So nehmen es die Weibchen der kleinen Menschenaffen, Alpenmurmeltiere, Fettschwanzmakis, Erdwölfe, Weißbüschelaffen und der kleinen Mongolischen Rennmaus sowie eine Vielzahl paarlebender Vögel mit der sexuellen Treue zu ihren männlichen Sozialpartnern nicht immer so genau. Gelegentliche Kopulationen außerhalb der Paarbeziehung - so genannte Extra-Paar-Kopulationen (engl.: EPCs) - sind bei Säugetieren wie auch vielen Vogelarten inzwischen hinreichend dokumentiert.

Und vermutlich machen auch Weibchen unserer eigenen Art keine Ausnahme. Wenngleich Zahlen über die Häufigkeil gleichzeitiger sozio-sexueller Beziehungen junger Frauen westlicher Kulturen zu mehr als einem männlichen Partner je nach Studie zwischen „vereinzelt" und „mehr als die Hälfte" extrem schwanken, so scheint zumindest für einen Teil der Frauen sexuelle Flexibilität durchaus mit festen sozialen Partnerschaften und ohne offenbare psycho-soziale Schwierigkeiten vereinbar zu sein.

Die Erkenntnis, dass sozial monogame Weibchen aktiv mit mehreren Männchen verkehren, kam für die Wissenschaft überraschend. Man ging eigentlich davon aus. dass Weibchen insgesamt kaum Fortpflanzungsvorteile aus Kopulationen mit mehreren Männchen erzielen, und das schon gar nicht, wenn sie in festen Paarbeziehungen leben. Im Gegenteil: Weibchen auf sexuellen Abwegen müssen sogar mit Nachteilen rechnen, wenn sie dabei vom Partner beobachtet werden. Eingeschränkte männliche Hilfe bei der Jungenaufzucht kann eine Folge weiblicher sexueller Flexibilität sein - ganz zu schweigen von möglicherweise beim Akt abbekommenen Parasiten oder Krankheiten. So fanden australische Forscher beispielsweise heraus, dass Stitchbird-Männchen Nachkommen umso weniger fütterten, je häufiger ihre Partnerinnen Ziel von Kopulationsversuchen anderer Männchen waren.