Ist eine Struktur homolog, wenn sie dieselben Gene exprimiert?

Dieser Kernfrage gingen Ende März etwa 60 Teilnehmer und sieben eingeladene Sprecher im Workshop  „Homologe Gene = homologe Strukturen?“ nach. Dabei waren sowohl klassische Morphologen als auch molekular arbeitende Wissenschaftler.

Claus Nielsen vertrat die Morphologie und erläuterte sein Konzept der „Homokratie“. Dieser Begriff bezeichnet morphologische Strukturen, die zwar von orthologen Genen reguliert werden, aber als Struktur nicht unbedingt homolog sind. Günter Theißen stellte dar, dass wahrscheinlich homeotische Mutationen bei der Evolution von Blütenformen beteiligt waren. Da diese Ereignisse zum Teil auf der Mutation nur eines Gens beruhen, waren diese Veränderungen vermutlich nicht graduell sondern saltatorisch. Er schlug daher vor, saltatorische Evolution als Ergänzung zur graduellen Evolution zu akzeptieren.

Einen weiteren Hinweis auf diese Art der Evolution präsentierte Gregor Bucher: Das Labrum der Insekten wird von denselben Genen reguliert wie die Körperanhänge des Rumpfes (Kriterium der spezifischen Qualität erfüllt). Die Lage der Labrum-Auswüchse im molekularen embryonalen  Koordinatensystem ist jedoch unterschiedlich (Kriterium der spezifischen Position nicht erfüllt) – diese widersprüchlichen Befunde könnten durch saltatorische Evolution erklärt werden. Detlev Arendt stellte sein Konzept der „cell type molecular fingerprints“ vor, das die Homologisierung einzelner Zelltypen zum Ziel hat. Gerade komplexe Strukturen wie das Auge haben zwar einen evolutionären Ursprung, haben jedoch in verschiedenen Taxa unterschiedliche weitere Zelltypen aufgenommen. Durch die Homologisierung von Zelltypen kann die komplexe Geschichte solcher Strukturen beschrieben werden.

Wim Damen stellte vor, wie die Untersuchung der Expressionsdomänen von Hox-Genen eine alte zoologische Frage klärte: Spinnen haben ein Deutocerebrum. Dass inzwischen auch morphologische Daten diese Schlussfolgerung unterstützen zeigt, dass molekulare Argumente durchaus wichtige Beiträge leisten können. Wichtig war Damen die Aussage, dass molekulare und morphologische Argumente letztlich übereinstimmen müssen, um eine Homologie-Hypothese zuverlässig zu machen. Florian Raible stellte seine Arbeiten zur vergleichenden Genomanalyse des Anneliden Platynereis dumerilii vor. Überraschende Ähnlichkeiten mit Vertebraten zeigen, dass der Urbilatere weit komplexer war als bisher angenommen und dass Untersuchungen von Lophotrochozoen dringend nötig sind. Schließlich versuchte Falko Röding den Teilnehmern die phylogenetische Analyse von Sequenzen praktisch nahe zu bringen. 

Wir bedanken uns für die großzügige Unterstützung von DZG und GfE, die diesen workshop erst ermöglicht haben.

Gregor Bucher und Monika Hassel