Junk-DNA und Tandem Repeats: Evolution oder Designsignal?

Casey Luskin "erklärt", warum Intelligent Design Funktionen in Junk-DNA voraussagt

Der Begriff "Junk-DNA" (zu Deutsch: DNA-Müll) scheint notorisch Verwirrung zu stiften. Die populärsten Irrtümer lauten in diesem Zusammenhang:

(1) Junk-DNA habe per se keine wie auch immer geartete Funktion.

(2) Das Junk-DNA-Konzept sei überholt; Studien wie das ENCODE-Projekt hätten gezeigt, dass 80% der genomischen DNA eine Funktion habe.

(3) Die Evolutionstheorie mache über das Auftreten völlig funktionsloser DNA falsche Vorhersagen, könne also die neueren Befunde nicht erklären.

(4) Intelligent Design dagegen sage die Existenz von Funktionen in Junk-DNA voraus, liefere also die bessere Erklärung.

Im vorliegenden Beitrag werden solche Behauptungen entkräftet. Die Evolutionsbiologie hat nie behauptet, alle Junk-DNA sei völlig funktionslos. Der Funktionsbegriff ist in der Biologie vielschichtig; so kann man Junk-DNA z.B. als DNA verstehen, die keine sequenzabhängige (!) Funktion hat. Barbara MCCLINTOCK nahm bereits 1948 an, dass Transposons regulatorische Elemente beinhalten können; sie bekam den Nobelpreis für ihre Arbeiten.

Zudem beruhen die Resultate des ENCODE-Projekts auf methodisch fragwürdigen Voraussetzungen: Die These, 80% des Kerngenoms habe eine Funktion, ist nicht haltbar. Für die Entbehrlichkeit eines Großteils nicht-kodierender DNA spricht eine Reihe von Studien; die Pflanze Utricularia gibba beispielsweise hat den Großteil dessen eliminiert, was normalerweise das Genom von Pflanzen ausmacht. Endogene retroviral-DNA wird häufig sogar von der Zelle inaktiviert. Intelligent Design profitiert von ENCODE am wenigsten, und seine Vertreter sind sich selbst nicht einig, ob und wieviel "Funktion" man zu erwarten habe.

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Zusammenfassung

Die Begriffsverwirrung um "Funktion", "Nutzen", "DNA-Junk" und "DNA-Müll" ist verantwortlich dafür, dass die Diskussion um die Funktion genomischer Elemente immer wieder aus dem Ruder läuft, selbst unter Fachleuten. Betrachtet man die Elemente unter funktionalen Aspekten, so findet man:

• die ORFs (open reading frames) in Exonen: Das sind Bereiche, die für Proteine kodieren - sie tragen sequenzabhängige Information, die im genetischen Code abgelegt ist.

• Transkribierte Elemente, die zwar für keine Proteine kodieren, aber (sequenzabhängig) funktional sind: Sie üben regulatorische oder anderweitige Funktion aus. Hierunter fallen einige Pseudogene, tRNA- und rRNA-Gene, viele kleine RNAs usw.

• Nicht-transkribierte Elemente, die sequenzabhängig strukturelle oder regulatorische Funktion tragen. Hierunter fallen regulatorische Bereiche wie Promotoren, Terminatoren, Enhancer, Silencer, Centromer- und Telomerbereiche usw.

• Nicht-transkribierte Elemente, die sequenzunabhängige, strukturelle (selten auch regulatorische) Funktion tragen. Dies wären dann Introne, die differenziell gespleißt werden oder Spacer, chromosomale "Abstandhalter", die aus strukturellen Gründen in der richtigen Länge an der richtigen Stelle sitzen müssen. Wenn wir Junk-DNA als "DNA mit keinerlei Sequenz-abhängiger Funktion" definieren, so ist dies Junk-DNA, aber mitnichten funktionslos.

All diese Elemente haben gemein, dass sie einem positiven Selektionsdruck unterliegen, eine Deletion oder eine signifikante Änderung durch Mutationen ist für den Organismus nachteilig.

• Dann gibt es DNA-Bereiche, die ohne jede Folge frei mutieren oder deletiert werden können. Das wäre Junk-DNA und darüber hinaus funktionsloser Junk, also DNA-Müll im engeren Sinne. Das bedeutet aber nicht, dass diese Bereiche keinerlei Aktivität zeigen: Sie können sehr wohl zu nutzloser RNA transkribiert werden. Und damit können sie in der späteren phylogenetischen Historie eine Funktion annehmen.

• Und letztlich: Selbst Elemente, die als solche definitiv funktionslos sind, können in der Evolution eine wichtige Rolle gespielt haben, z.B. indem sie - wie die ALU-Repeats in der menschlichen Evolution - durch ihr Springen Promotor-Aktivitäten verändert haben. Womit sich der Kreis zum Anfang des Beitrags schließt: Freunde oder Feinde? Nutzlos oder wichtig? ...

Nach Abwägung aller Fakten lässt sich also festhalten: Die Evolutionstheorie kann die Herkunft sowie die Persistenz von Junk-DNA im Genom mechanismisch gut erklären; deren Existenz ist im Rahmen der "Neutralen Theorie" vorhergesagt worden. Dagegen liefert "Intelligent Design" keinen Beitrag zur wissenschaftlichen Diskussion, geschweige denn konkrete Vorhersagen über Existenz, Herkunft und Ausmaß der Junk-DNA.

Autoren: Andreas Beyer & Martin Neukamm