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Maternale Vererbung - was verbirgt sich dahinter?

Sicher haben Sie schon sehr früh in der Schule gelernt, dass jedes Kind und jedes neugeborenes Tier 50 Prozent des Erbgutes von seinem Vater und 50 Prozent von seiner Mutter erbt. Dies aber nicht ganz richtig, denn jeder Nachkomme erbt immer ein klein wenig mehr von seiner Mutter als vom Vater. Diese sogenannte maternale Vererbung basiert auf der DNA der Mitochondrien.

Das Mitochondriengenom wird nur von der Mutter vererbt.
Das Mitochondriengenom wird nur von der Mutter vererbt.

Das sind Mitochondrien

Mitochondrien kommen, abgesehen von prokaryotischen Bakterien, in allen Lebewesen vor. Sie befinden sich in den Zellen und sind hier sehr wichtige Organellen.

  • Diese Organellen sind von besonderer Bedeutung für den Energiehaushalt. Sie sind sozusagen die Kraftwerke der Zelle. Ohne sie wäre ein komplexer Aufbau von Lebewesen im Laufe der Evolution nicht möglich gewesen.
  • Des Weiteren spielen sie eine Rolle im Kalziumhaushalt des Körpers. Sie können Kalzium speichern und nach Bedarf wieder abgeben.
  • Mitochondrien sind aber alles andere als einfache Zellorganellen. Sie haben ihre eigene DNA und vermehren sich selbstständig und unabhängig von der Zelle. Bei der Zellteilung werden die vorhandenen Mitochondrien zufällig auf beide neu entstehende Zellen verteilt.

Interessant ist die Herkunft der Mitochondrien. Man geht davon aus, dass diese Organellen ursprünglich selbst Bakterien waren, die in ein anderes Bakterium hineingelangten. Dies war zu beiderseitigem Vorteil, denn die Mitochondrien produzierten hochwertige Energie und bekamen im Austausch Nährstoffe zugeführt.

  • Dies führte zu einem großen Vorteil und vielfältige Lebensformen konnten entstehen. Insbesondere Mehrzeller wie Tiere, Pflanzen und Pilze hätten sich ohne diese Verbindung nicht entwickeln können.
  • Die Mitochondrien hatten zwar ihr eigenes Genom, aber nach und nach wurden einzelne Gene von der Wirtszelle übernommen und gingen dem Mitochondrium verloren. Die für Aufbau, Teilung und Arbeit der Mitochondrien benötigten Proteine wurden also vermehrt ausgelagert.
  • Die heutigen Lebewesen haben in ihrer DNA daher etwa 1000 Mitochondriengene. Die Mitochondrien des Menschen besitzen selbst nur noch etwa 37 Gene. Damit ist ihnen die Möglichkeit abhandengekommen, sich wieder unabhängig vom Wirt zu machen. Sie sind außerhalb einer Zelle nicht mehr lebensfähig.

So läuft die mitochondriale Vererbung ab

  • Bei der Fortpflanzung der Lebewesen müssen auch Mitochondrien mit "vererbt" werden, denn ohne diese Organellen funktioniert die Entwicklung der befruchteten Eizelle nicht - der neu gebildete Organismus wäre nicht lebensfähig.
  • Die Spermien sind zu klein und verlieren fast ihr komplettes Zytoplasma. Daher können sie keine Mitochondrien mit sich tragen. Die Eizelle ist dagegen sehr viel größer und bringt die Mitochondrien mit.
  • Nachdem Spermium und Eizelle verschmolzen sind, beginnt die Zellteilung. Dabei werden, wie oben beschrieben, die Mitochondrien jeweils zu etwa gleichen Teilen auf die neu entstehenden Zellen verteilt.

Ein Säugetiergenom hat im Durchschnitt etwa 25.000 Gene. Von all diesen Genen vererben Vater und Mutter jeweils eine eigene Version. Dazu kommen dann noch die Mitochondrien, die mit ihren 37 Genen nur von der Mutter stammen können. Die Mutter vererbt also automatisch immer (einige wenige) Gene mehr an den Nachwuchs als der Vater. Daher wird die Weitergabe der Mitochondrien auch als "maternale Vererbung" bezeichnet.

Die Bedeutung der maternalen Vererbung

Auf den ersten Blick könnte man meinen, dass 37 Gene nicht sonderlich ins Gewicht fallen, sondern in der Menge der übrigen, vererbten Gene untergehen. Dies ist in den meisten Fällen auch so. Doch die mitochondrialen Gene können auch über Gesundheit und Krankheit eines Lebewesens entscheiden.

  • Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. Daher kommt es bei Gendefekten oft zu Problemen in Geweben, die sehr stark energieabhängig sind. Dies sind vor allem Muskulatur und Nerven.
  • Die meisten der resultierenden Krankheiten beginnen in der Jugend und sind stark fortschreitend. Die Symptome können je nachdem, welches Gen defekt ist, sehr vielfältig sein: Lähmungen, Schluckstörungen, starke Muskelschwäche, Schielen, Demenz und vieles mehr. Eine Therapie ist derzeit noch nicht möglich.

Störungen in den Mitochondrien werden von der Mutter immer an alle Nachkommen vererbt und alle Töchter vererben sie wiederum an alle ihrer Nachkommen. Manchmal liegen auch Gemische aus funktionsfähigen und defekten Zellorganellen vor. Dann ist es entscheidend, wie diese in der befruchteten Eizelle verteilt sind. Der Nachwuchs kann in diesem Fall manchmal viel weniger oder stärker als seine Mutter von dem vererbten Defekt betroffen sein.

Aufgrund ihrer besonderen Vererbung kann man die Mitochondrien-DNA in der Wissenschaft gut für Evolutionsstudien nutzen. Beispielsweise kann man durch Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der mitochondrialen DNA leicht nachweisen, wie stark verschiedene Völker miteinander verwandt sind. Oft ergeben sich dabei interessante Rückschlüsse über Völkerwanderungen (Fachgebiet der Archäogenetik). Sehr häufig wird auch in verschiedenen Arten nach der "Urmutter" gesucht, auf die alle Individuen derselben Art zurückgehen. Die menschliche "mitochondriale Eva" hat nach diesen Untersuchungen vor etwa 150.000 Jahren in Afrika gelebt.

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