|
Verhaltenshomologien und molekularbiologische Homologien - Referat
Homologien sind ähnliche biologische Strukturen bei Lebewesen verschiedener Arten, die auf gemeinsamen Erbinformationen beruhen. Es gibt solche ähnlichen Strukturen auch in der Entwicklung und im Verhalten von Lebewesen.
Die frühen Embryonalstadien von Wirbeltieren verschiedener Klassen sind sich so ähnlich, dass sie kaum unterschieden werden können. Diesen Sachverhalt beschreibt die biogenetische Grundregel nach Ernst Haeckel: Die Keimesentwicklung oder Ontogenese verläuft wie eine kurze, schnelle und unvollständige Wiederholung der Stammesgeschichte oder Phylogenese. Jedes Lebewesen bildet während seiner Entwicklung solche Rekapitulationen sowie Strukturen, die nur typisch für die jeweilige Art sind, aus. Die Ausbildung von Organen während der Entwicklung, die keine erkennbare Funktion erfüllen und die dem erwachsenen Individuum fehlen weist auf die gemeinsame Abstammung und Verwandtschaft von Arten hin. Um die biogenetische Grundregel molekulargenetisch zu erklären, muss die Übereinstimmung der Homöobox betrachtet werde. Die Homöobox ist die zu homöotischen Genen typische DNA-Sequenz. Homöotische Gene codieren für Steuerstoffe wie Hormone, die die Ausbildung bestimmter Körpersegmente oder Organe steuern.
Auch Verhaltenshomologien lassen sich beobachten. So laufen angeborene Verhaltensweisen von Lebewesen einer Art in weitgehend gleicher und erblich festgelegter Weise ab. Die Verhaltensweisen verwandter Arten zeigen gemeinsame Elemente. Es lassen sich drei Homologiekriterien für das Verhalten aufstellen. Das erste Kriterium ist das Kriterium der speziellen Qualität, also der Ähnlichkeit der Verhaltensweisen. Das zweite Kriterium legt den Fokus auf die zeitliche Lage im Gesamtverhalten eines Lebewesens. Das letzte Homologiekriterium weist auf Zwischenformen hin, da sich bestimmte Verhaltensweisen verschiedener Arten voneinander ableiten lassen. Ein Homologisieren des Verhaltens wird jedoch erschwert, wenn ererbtes Verhalten stark von erlerntem Verhalten überlagert wird. Dies ist zum Beispiel beim Menschen der Fall.
Homologien feststellen
Es gibt mehrere Methoden, um Homologien bei Lebewesen verschiedener Arten festzustellen. Eine dieser Methoden ist die Serumreaktion, auch immunologischer beziehungsweise serologischer Verwandtschaftsnachweis. Dabei kann der Verwandtschaftsgrad der Lebewesen ermittelt werden. Zuerst wird menschliches Blutserum einem gegen Menschenserum empfindlichem Tier gespritzt, zum Beispiel einem Kaninchen. Nach einigen Tagen hat das Kaninchen Antikörper entwickelt und ihm wird Blut entnommen. Bringt man nun das Blutserum des Kaninchens mit dem menschlichem Serum zusammen, so verklumpen die Antikörper aller gelösten Proteine durch Präzipitation. Dies wird Präzipitinreaktion genannt. Das Serum des Kaninchens mit den Antikörpern gegen menschliches Blutserum kann auch mit dem Serum anderer Tierarten zusammengebracht werden. Der Grad der Ausfällung, also der Grad der Verklumpung der in den Blutserums enthaltenen Proteine, zeigt nun die Verwandtschaft dieser Tiere mit dem Menschen an. Nachteilig bei der Serumreaktion ist, dass diese Methode nur bei relativ nah verwandten Arten angewandt werden kann und die Ergebnisse recht undifferenziert sind.
Eine weitere Methode ist der Edman-Abbau. Dabei wird die Aminosäuresequenz der zu untersuchenden Proteine ermittelt, um dieselben Proteine bei verschiedenen Organismen zu vergleichen. Zuerst wird die endständige Aminosäure eines Proteins mit einem Farbmolekül markiert und anschließend einzeln abgespalten und identifiziert. Dies ist jedoch nur bei Proteinen einer Kettenlänge von circa 30 bis 40 Aminosäuren möglich. Um diese Methode bei längeren Aminosäureketten anwenden zu können, werden Proteasen verwendet. Das sind Enzyme, die Proteine nach bestimmten Aminosäuren spalten. Wird ein Protein nun in zwei unterschiedlichen Ansätzen mit zwei verschiedenen Proteasen gespalten, so entstehen in den Ansätzen unterschiedliche Fragmente dieses Proteins. Die Fragmentgemische können jetzt aufgespalten und die einzelnen Fragmente getrennt voneinander isoliert werden. Dann werden diese isolierten, kurzen Proteinfragmente mit der Edman-Methode sequenziert. Bei Verwendung unterschiedlicher Proteasen zur Erzeugung der Fragmente überlappen sich die Sequenzen der einzelnen Ansätze, weshalb die Abschnitte so untereinandergeschrieben werden, dass sie puzzleartig zur gesamten Aminosäuresequenz zusammengesetzt werden können. Dieser Prozess ist sehr langwierig.
Heutzutage werden Proteine mit Massenspektrometrie innerhalb weniger Tage sequenziert. Dies geschieht automatisiert und es werden nur geringe Mengen an Protein benötigt. Das Protein wird zuerst mit Proteasen in unterschiedlich große Fragmente gespalten. Danach werden die entstandenen Fragmente in ein Massenspektrometer eingeführt und ihre Auftrennung erfolgt anhand ihrer Masse und Ladung. Die Fragmente werden nun einzeln erfasst und in einem Diagramm dargestellt. So wird ein Peptidmassen-Fingerabdruck erzeugt, welcher die spezifischen Massen und Mengen der aus einem Protein erzeugten Fragmente. Deren Verteilung ist charakteristisch für das jeweilige Protein. Durch einen Vergleich mit Datenbanken kann das Protein identifiziert werden.
Kommentare zum Referat Verhaltenshomologien und molekularbiologische Homologien:
|
