Zellulärer Flaschenhals
Evolution
Basiswissen
Bis auf zwei Ausnahmen hat keine der Abertrillionen Zellen in einem menschlichen Körper eine Chance auf ein langes Leben. Viele von ihnen haben ihren Lebenszweck bereits nach Minuten oder Tagen vollendet und sterben dann planmäßig ab (Apoptose). Den einzigen Ausgang in die Zukunft haben Spermien und Eizellen, ein Phänomen das sich in enger Analogie auch bei Insektenstaaten zeigt[3]. Diese Besonderheit der Evolution bezeichnet der Zoologe Richard Dawkins sinngemäß als zellulären Flaschenhals (cellular bottleneck[10]), andere Autoren sprechen von einem genetischen Flaschenhals[9], oder einer single cell bottleneck[11] in einer deutschen Übersetzung auch bezeichnet als Engpaß-Lebenszyklus[1]. Durch den zellulären Flaschenhals wird der Genotyp Gruppe, nicht der einzelnen Individuen vererbt[5]. Siehe auch Dawkins-Drossel ↗
Fußnoten
- [1] Richard Dawkins: 1976: Das egoistische Gen. Spektrum, Akademischer Verlag, Heidelberg/Berlin/Oxford, 1994. Originaltitel: The Selfish Gene. ISBN 3-86025-213-5. In der deutschen Ausgabe das Kapitel: Die große Reichweite der Gene. Seite 405.
- [2] Konrad Bachmann: Die Entwicklung der Tiere. In: Biologie für Mediziner. Springer, Berlin, Heidelberg. 1982. Online: https://doi.org/10.1007/978-3-642-96713-9_19
- [3] Heikki Helanterä: An Organismal Perspective on the Evolution of Insect Societies. In: Front. Ecol. Evol., 11 February 2016. Sec. Social Evolution. Volume 4 - 2016. https://doi.org/10.3389/fevo.2016.00006 [Betonung der Keimbahn sozialer Insekten]
- [4] François Jacob: Die Logik des Lebenden – Von der Urzeugung zum genetischen Code. Frankfurt am Main 1972, S. 232–235.
- [5] Die Entstehung eines zellulären Flaschenhalses wird als letzte Stufe einer Evolutionären Transition von Individualität (ETI) gedeutet. Wesentlich ist dabei,dass nicht mehr der Genotyp einzelner Mitglieder einer Gruppe sondern der Gruppe als Ganzes als Grundflage der Vererbung wirken: "Increased heritability of the group phenotype is the final step in an ETI. Natural selection requires heritable variation in fitness, so when the group phenotype is heritable, selection can act on the group as a whole. The heritability of group-level traits is related to the evolution of conflict-mediating mechanisms, division of labour and export of fitness previously discussed. Increased heritability occurs following the evolution of division of labour because specialized germ cells develop into colonies with both germ and somatic cells, and therefore the colony phenotype, not the cell phenotype, is inherited." In: Davison Dinah R. and Michod Richard E. Steps to individuality in biology and culture. Phil. Trans. R. Soc. Veröffentlicht im Jahr 2023. DOI: http://doi.org/10.1098/rstb.2021.0407
- [6] Die Autorin betrachtet unter anderem die Rolle von Harems und Eunuchen. In: L. Betzig: Eusociality in History. Hum Nat 25, 80–99 (2014). DOI: https://doi.org/10.1007/s12110-013-9186-8
- [7] Dass Religion, unter anderem mit einer zölibatären Priesterkaste, die Entstehung von Eusozialität in menschlichen Gesellschaften gefördert haben könnte, untersucht Jay R. Feierman. In: Religion’s Possible Role in Facilitating Eusocial Human Societies. A Behavioral Biology (Ethological) Perspective. In: Studia Humana. Band 5 (2016): Heft 4 (Dezember 2016). Siehe dazu auch Dawkins-Drossel ↗
- [8] Ein zellulärer Flaschenhals notwendige Voraussetzung für eine evolutionäre Transition: "The evolution of eusociality in social insects, such as termites, ants, and some bees and wasps, has been regarded as a major evolutionary transition (MET). Yet, there is some debate whether all species qualify. Here, we argue that worker sterility is a decisive criterion to determine whether species have passed a MET (= superorganisms), or not." In: Abel Bernadou, Boris H. Kramer, Judith Korb: Major Evolutionary Transitions in Social Insects, the Importance of Worker Sterility and Life History. In: Front. Ecol. Evol., 26 October 2021. Sec. Social Evolution. Volume 9 - 2021. DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2021.732907
- [9] Zum genetischen Flaschenhals im Zusammenhang mit einer Hefeart (Snowflake yeast) heißt es: "Due to their branching growth form (Ratcliff et al. 2013b), each propagule goes through a unicellular genetic bottleneck, even if it ends up containing multiple cells." In: Gulli JG, Herron MD, Ratcliff WC. Evolution of altruistic cooperation among nascent multicellular organisms. Evolution. 2019 May;73(5):1012-1024. doi: 10.1111/evo.13727. Epub 2019 Apr 15. PMID: 30941746; PMCID: PMC6685537.
- [10] Ein zellulärer Flaschenhals kann besonders gut dann entstehen, wenn ein Vielzeller direkt aus einem Einzeleller hervorgeht: "Here we show that multicellular complexity, including development from a single cell, can evolve rapidly in a unicellular organism that has never had a multicellular ancestor." Und: "While a single-cell genetic bottleneck during ontogeny is widely regarded as an adaptation to limit among-cell conflict, its appearance very early in this transition suggests that it did not evolve for this purpose. Instead, we find that unicellular propagules are adaptive even in the absence of intercellular conflict, maximizing cluster-level fecundity." In: Ratcliff, W., Herron, M., Howell, K. et al. Experimental evolution of an alternating uni- and multicellular life cycle in Chlamydomonas reinhardtii. Nat Commun 4, 2742 (2013). DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms3742
- [11] Single cell bottlenecks: Dass in einer Computerismulation digitaler Organismen aus undifferenzierten Zellen letztendlich somatische Zellen ohne eigene Fortpflanzungsfähigkeit und Keimzellen mit der Fähigkeit zur Fortpflanzung des gesamten Organismus hervorgehen wird betrachtet in: Goldsby HJ, Knoester DB, Ofria C, Kerr B. The evolutionary origin of somatic cells under the dirty work hypothesis. PLoS Biol. 2014 May 13;12(5):e1001858. doi: 10.1371/journal.pbio.1001858. PMID: 24823361; PMCID: PMC4019463.
- [10] Zellulärer Flaschenhals und Apoptose in Volvox-Kugelalgen: "Volvox carteri is a spherical green alga with a predominantly asexual mode of reproduction and a complete germ–soma division of labor. Its somatic cells are specialized for motility, incapable of dividing, and programmed to die when only a few days old, whereas its gonidia (asexual reproductive cells) are nonmotile, specialized for growth and reproduction, and potentially immortal. When a gonidium is less than 2 days old it divides to produce a juvenile spheroid containing all of the somatic cells and gonidia that will be present in an adult of the next generation." In: David L. Kirk: Germ–Soma Differentiation in Volvox: In: Developmental Biology. Volume 238, Issue 2. 2001. Dort die Seiten 213 bis 223. ISSN 0012-1606. DOI: doi.org/10.1006/dbio.2001.0402. Siehe auch Apoptose ↗
- [11] Mehrere Ameisenkolonien, die keine innerartliche Aggression mehr zeigen und genetisch eng verbunden sind, bilden sogenannten unikoloniale Superkolonien. Die Strategie findet sich unter vielen erfolgreichen invasiven Arten von Ameisen weltweit: "we show that a population bottleneck has reduced the genetic diversity of introduced populations. This loss is associated with reduced intraspecific aggression among spatially separate nests, and leads to the formation of interspecifically dominant supercolonies." In: Neil D. Tsutsui, Andrew V. Suarez, David A. Holway, and Ted J. Case: Reduced genetic variation and the success of an invasive species. PNAS. May 16, 2000. Siehe auch Superkolonie ↗