Parasiten als Schrittmacher.

aus Die Presse, Wien,15. 2. 2015

Die Geburt der Geburt
Die Erfindung, die die Säugetiere erst groß gemacht hat, die der Plazenta, ist Parasiten im Genom zu verdanken, Retroviren. Die leisten auch sonst einiges.

von Jürgen Langenbach

„Do viruses make us smarter?“ So lockte gerade eine Pressemitteilung der Universität Lund, zwar mit Fragezeichen, aber doch mit dem Lärm, der auch auf dem Markt der Wissenschaft immer schriller tönt: Es geht um Ruhm und Ehre, um Geld selbstredend auch. So reibt man sich oft verdutzt die Augen, wenn man sich nach der Lektüre einer PR-Dichtung an jene der beworbenen Forschungsarbeit macht, in der aus Lund war von Intelligenz weder im Text noch im Titel die Rede, Letzterer lautete vielmehr: „TRIM28 represses Transcription of Endogenous Retroviruses in Neural Progenitor Cells“.

Das ist spannend genug: Viren sind die kleinsten Lebewesen, und man kann lang darüber streiten, ob sie wirklich Leben sind, sie können sich nicht aus eigener Kraft reproduzieren, das lassen sie ihre Wirte für sich tun. Kein Dissens herrscht hingegen darüber, dass Viren töten können, die Spanischen Grippe raffte 1918/19 20 Millionen dahin, an HIV haben sich bisher 60 Millionen infiziert, 30 Millionen sind tot. Das Muster ist immer das gleiche: Viren dringen in Zellen ein und lassen sich vermehren, dann töten sie die Zellen und attackieren die nächsten. Manche stoßen gar in den Zellkern vor, ins Genom, das sind Retroviren – HIV gehört dazu –, sie haben ihre Erbinformation in RNA gespeichert, und sie müssen diese, um sich ins Genom zu integrieren, in DNA umschreiben: mit Enzymen, reversen Transkriptasen.

Dann lassen Retroviren sich entweder vom Wirtsgenom vermehren und gehen an ihre tödliche Arbeit. Oder sie bleiben ganz unauffällig, wo sie sind – als endogene Retroviren (ERVs) –, über Millionen Jahre, das war die Überraschung, als zur Jahrtausendwende das Humangenom sequenziert wurde: Acht Prozent unseres Genoms sind ERVs, das ist viel, fast sechsmal so viel wie das, worauf die Genetik sich lang konzentriert hat: Gene, DNA-Sequenzen, die für die Produktion von Proteinen sorgen. Der ganze Rest sei Müll (Junk), vermutete man lang, aber die Natur leistet sich keinen Müll bzw. die Evolution schleppt keinen mit, es fanden sich Funktionen für die ERVs und anderen sog. Junk, physikalische – die Struktur der DNA stabilisierende –, biochemische: ERVs springen als Transposons im Genom herum und greifen in Genaktivitäten ein.

Das kann Fürchterliches anrichten, deshalb versucht das Genom, ERVs bzw. ihre Gene stillzustellen – etwa mit dem Protein TRIM28 –, es kann aber auch zum Guten geraten, staunenswerte Innovationen bringen. Beides war wohl so vor 100 Millionen Jahren, da muss es einen Ansturm von Retroviren gegeben haben, vor 50 Millionen Jahren wieder einen, vor 40 Millionen Jahren einen dritten. Das weiß man deshalb, weil die ins Genom integrierten ERVs nicht mutieren – sie sind lebende Fossilien – und man ihr Alter aus dem Stand der restlichen Mutationen des Genoms berechnen kann.

Mothers little helpers.

Vor etwa 100 Millionen Jahren also kam die erste große Fuhre. Und vor etwa 100 Millionen Jahren passierte noch etwas: Da wurden wir geboren, da entwickelten die Säuger das eigenartigste aller Organe, die Plazenta, sie gibt uns zunächst alles, aber bei der Geburt legen wir sie ab. Säugetiere waren zuvor schon da, aber die legten Eier wie die Schnabeltiere oder sie packten die Kleinen in Beutel außen am Körper. Dann kam die Revolution, die Embryonalentwicklung wurde in den Körper verlegt. Dass dabei ERVs halfen, wusste man schon, von ihnen stammt ein zentrales Protein der Plazenta, Syncytin. Aber nicht nur das: Nur mit ihrer Hilfe konnte der Generalumbau gelingen, auf einen Schlag und damit wider die Evolution, die für gewöhnlich gemächlich fortschreitet. Das hat sie auch bei den Ahnen der Plazentatiere getan: Bei denen lag irgendwann alles für die Plazenta Erforderliche bereit, aber zu anderen Zwecken und in anderen Organen. In denen waren Gene aktiv, die nun – von ERVs – für die Plazenta rekrutiert wurden, tausende, sie sorgten vor allem für die Kommunikation zwischen Müttern und Embryos, im Gegenzug wurden Gene, die bei der Produktion der Eierschalen mitgewirkt hatten, stillgestellt. Rekonstruiert hat das in breitem Genvergleich – Reptilien, Schnabel-, Beutel- und Säugetiere bis zu Menschen – eine Gruppe um Günther Wagner, einem österreichischen Biologen an der Yale University (Cell Reports, 29.1.): „Das gesamte Gen-Netzwerk wurde radikal umgestrickt“, erklärt Wagner, und sein Kollege Vincent Lynch (Chicago) ergänzt: „Die Evolution der Schwangerschaft haben wir Genom-Parasiten zu verdanken.“

Nicht nur die. Vor 50 Millionen Jahren kam wieder ein Schwung ERVs, zugleich erschienen die Primaten. Und vor 30 Millionen Jahren trennten sich die Feuchtnasenaffen (Lemuren etc.) von den Trockennasenaffen („echte Affen“), wieder war etwas ins Genom eingewandert, ein Virus diesmal, kein Retrovirus – Borna, als freies Virus macht es Pferde verrückt („hitzige Kopfkrankheit“), bei Menschen steht es im Verdacht, zu manischer Depression beizutragen –, es wurde von einem Retrovirus mit dessen reverser Transkriptase eingeschleust (Nature 463, S.84).

So dramatisch geht es nicht immer zu, dafür erkennt man immer mehr Aktivitäten von ERVs: Bruce Beutler (University of Texas) hat bemerkt, dass sie beim Immunsystem mitspielen, vermutlich auch bei Autoimmunkrankheiten (Science 346, S.1486). Und mit Nervenzellen haben sie auch zu tun, damit sind wir endlich bei der smarten Botschaft aus Lund: Neurogenetiker Johann Jakobsson hat an ganzen Mäusen und manchen ihrer Zellen TRIM28 – das Protein, das ERVs inaktiv macht – ausgeschaltet: In Vorläufern von Hirnzellen, und nur in ihnen, änderten sich Genaktivitäten. Und in ganzen Mäusen änderte sich das Verhalten, sie wurden hyperaktiv (Cell Reports, 6.1.). „Ich glaube, dass das zu neuen, aufregenden Studien von Krankheiten des Gehirns führen kann. Bisher schaut man da nur auf Gene“, schließt Jakobsson: „Nun öffnen wir einen viel breiteren Weg.“ Das ist wieder aus der Pressemitteilung, diesmal seriös.


Nota. - Es wurde auch schon vermutet, dass die geschlechtliche Fortpflanzung selbst - die Erfindung eines zweiten Geschlechts: der Männlichkeit - Folge eines Virenbefalls war.
JE

Emergenz in komplexen Systemen.

aus Die Presse, Wien, 15. 2. 2015                                                          itscoop

Komplexe Systeme
Viele Bereiche unseres Lebens sind KOMPLEXE SYSTEME, die nur schwer beherrschbar sind. In Wien soll nun ein Institut zu deren Erforschung etabliert werden.

von Martin Kugler

Die Reisterassen in Bali sind seit 2012 Teil des UNESCO Welterbes. Das ist nicht nur der landschaftlichen Schönheit geschuldet, sondern viel mehr der Art, wie sie entstanden sind und bis heute von Bewässerungsgemeinschaften (Subaks) betrieben werden: Wie US-Anthropologe Stephen Lansing herausgefunden hat, wurde das System nicht von einer übergeordneten Instanz geschaffen, sondern bildete sich durch Selbstorganisation der Reisbauern.

Szenenwechsel: Forscher um Stefan Thurner (Medizin-Uni Wien) analysieren die beinah unüberblickbaren Netzwerke von Genen, Proteinen, Stoffwechselprodukten sowie deren Veränderungen durch äußere Faktoren wie Alter, Lebensstil etc. Eine Krankheit wird als Zusammenbruch der gesunden Netzwerke begriffen.

Diese beiden Beispiele illustrieren, dass viele Phänomene aus unterschiedlichsten Bereichen eine große Gemeinsamkeit haben: Es handelt sich um komplexe Systeme. Diese bestehen aus Elementen, die auf vielfältige Weise miteinander verbunden sind. Man kann die Systemeigenschaften nicht aus seinen Einzelteilen vorhersagen – das Ganze ist mehr als seine Teile. Denn komplexe Systeme zeigen „Emergenz“: Es bilden sich spontan neue Systemzustände, aus kleinen Ursachen können große Wirkungen entstehen.

Solche Systeme findet man auch in der Wirtschaft, bei Verkehrssystemen, beim Wettergeschehen, bei der politischen Meinungsbildung oder in Nervensystemen. Diese und viele andere Beispiele wurden Anfang dieser Woche bei einer hochkarätig besetzten Konferenz in Wien diskutiert, zu der die Initiative Complexity Science Hub Vienna eingeladen hatte. Das Ziel: Unter der Federführung von Thurner und dem Wissenschaftschef des Austrian Institute of Technology (AIT), Wolfgang Knoll, soll ein Komplexitätsforschungszentrum in Wien etabliert werden. Neben dem AIT und der Med-Uni Wien sind auch die Technischen Universitäten Wien und Graz sowie das Institut für angewandte Systemanalyse (IIASA) in Laxenburg mit an Bord; intensive Kontakte gibt es mit dem Santa Fe Institute und der Nanyang University in Singapur. Die Stadt Wien hat bereits Unterstützung zugesagt.

Für Österreich, so die ehemalige Vorsitzende des Europäischen Forschungsrates, Helga Nowotny, ergebe sich nun die Möglichkeit, in einem völlig neuen Forschungszweig international an der Spitze mitzumischen. Die Hoffnung lebt, dass auch die Forschungspolitik diese Chance aufgreift!

Der Autor leitete das Forschungsressort der „Presse“ und ist Chefredakteur des „Universum Magazins“.

meinung@diepresse.com

diepresse.com/wortderwoche

Auch Krokodile spielen.

aus scinexx    

Auch Krokodile lieben Spaß
Ausgeprägtes Spielen und Sozialverhalten sind bei Krokodilen häufiger als gedacht

Von wegen Krokodilstränen: Krokodile haben einen ausgeprägten Sinn für Spaß und Spiel. Die Reptilien surfen, spielen Ball und tragen sich gegenseitig herum. Sogar mit Menschen freunden sich die Tiere in seltenen Fällen an, berichten Forscher im Magazin "Animal Behavior and Cognition". Auch und gerade in Gefangenschaft sollte diesem Spieltrieb daher mehr Rechnung getragen werden.

Ein Krokodil liegt entweder träge herum, oder es attackiert gnadenlos und oft aus dem Hinterhalt – so erscheinen diese Reptilien meist in unserer Vorstellung. In vielen Geschichten und auch älteren Dokumentation haben sie den Ruf, vor allem kaltherzige und blutrünstige Killer zu sein. Allerdings sorgen Krokodile auch für Überraschungen, etwa wenn sie auf Bäume klettern. Ausgeprägtes soziales Zusammenleben oder gar spielerisches Benehmen der furchteinflößenden Reptilien war bislang jedoch praktisch unbekannt.

Nicht nur Schlafen und Fressen

Vladimir Dinets von der University of Tennessee in Knoxville zeigt ein anderes Bild der Tiere, die vermeintlich nur ans Schlafen oder Fressen denken. Er hat über ein Jahrzehnt Krokodile verschiedener Arten beobachtet. Außerdem sammelte er Beobachtungen von zahlreichen anderen Zoologen und Verhaltensforschern.

Darin zeigt sich, dass Krokodile ein ausgesprochen vielseitiges Spielverhalten an den Tag legen: Sie spielen mit Bällen, rutschen zum Spaß Flussböschungen hinunter, surfen in der Brandung oder lassen sich huckepack tragen. Sie zeigen alle drei Kategorien von Spiel, die von Verhaltensforschern unterschieden werden: Spielen mit Gegenständen, reines Bewegungsspiel und soziales Spiel.

Ein Westafrikanisches Zwergkrokodil spielt mit einer pinkfarbenen Bougainvillea-Blüte in der Madras Crocodile Bank in Indien.

Mit dem Essen spielt man gern

Mit Gegenständen spielen Krokodile am häufigsten. Sie schubsen zum Beispiel alle möglichen im Wasser treibenden Objekte herum, von Bällen und Holzstücken bis zu pinkfarbenen Blumen, für die manche Arten eine besondere Vorliebe zu haben scheinen. In einem Bericht, den Dinets erhielt, schlugen zwei Alligatoren ein paar Keramikteile mit dem Schwanz in einem gefliesten Badezimmer herum – offenbar bloß, weil sie so schön laut schepperten.

Der Grundsatz "Mit dem Essen spielt man nicht" scheint bei Krokodilen weniger zu gelten: Mehrere Wissenschaftler beobachteten, wie Krokodile die Kadaver von Beutetieren herumwirbelten und in die Luft schleuderten. Das ähnelt zwar sehr dem Jagdverhalten der Tiere – aber in vielen Fällen fraßen die Krokodile kein Stück der Beute, sondern hatten offenbar lediglich ihren Spaß damit.

Lebenslange Spielgefährten

Soziales Spiel kommt besonders bei Jungtieren vor. Junge Kaimane zeigen zum Beispiel spielerisches Balzverhalten, und kleine Alligatoren lassen sich von älteren Freunden huckepack tragen. Dies geschieht allerdings auch unter ausgewachsenen Tieren, wenn ein Männchen seine Lebensgefährtin zwar nicht auf Händen, dafür aber auf dem Rücken trägt.


Ein frisch geschlüpfter Amerikanischer Alligator reitet auf dem Rücken eines älteren Artgenossen.

Interessanterweise – und für viele überraschend – spielen Krokodile jedoch nicht nur mit Artgenossen. Dinets selbst beobachtete einen "Alligatorteenager", der mit einem Flussotter herumtollte. Auch sind den Forschern einige seltene Fälle von tiefen Freundschaften zwischen Krokodilen und Menschen bekannt. Ein angeschossenes Krokodil etwa freundete sich mit seinem Retter an und ging danach 20 Jahre lang regelmäßig mit ihm schwimmen. Dabei hatte es ganz offensichtlich Freude daran, seinen menschlichen Freund gelegentlich zu erschrecken, oder sich von ihm im Wasser herumdrehen und auf die Schnauze küssen zu lassen.

Glücklicher und Gesünder

Die von Dinets gesammelten Beobachtungen erweitern nicht nur unser Wissen über Krokodile. Sie liefern außerdem weitere Hinweise darauf, dass das Spielen ein gemeinsames Verhalten aller höheren Tiere ist. Spielen gilt unter Verhaltensforschern als "Probe für den Ernstfall", aber auch als geistiges und körperliches Training. Ein Vergleich zwischen spielenden Tieren und solchen, die dazu nicht in der Lage sind, könnte also Einblicke in die Entwicklung der Intelligenz bieten.

Aber nicht nur für die Verhaltensforschung, auch für viele Krokodile könnten die Forschungsergebnisse erfreuliche Auswirkungen haben: "Hunderttausende von Krokodilen leben in Gefangenschaft in Zoos, Krokodilfarmen und Aufzuchtstationen für gefährdete Arten", sagt Dinets. "Ihnen Spielzeuge und andere Spielgelegenheiten zu geben, macht sie glücklicher und gesünder." (Animal Behavior and Cognition, 2015;doi: 10.12966/abc.02.04.2015)

(University of Tennessee at Knoxville, 11.02.2015 - AKR)

Nota. - Am Stammbaum des Menschen gemessen, stehen die Echsen ganz unten. Aber auch ihnen scheinen Stoffwechsel und Fortpflanzung als Sinn  des Lebens nicht zu reichen. Spätestens wenn die Stoffe gewech- selt und das Fortpflanzungsgeschäft besorgt ist, suchen sich ihre Gehirne eine andere Beschäftigung, und die finden sie in lauter Dingen, die für Selbst- und Arterhaltung gar keinen Nutzen haben. Der eine Forscher sagt, sie tun das, um sich fit zu halten; wer (zu lange) rastet, der rostet. Der andere Forscher sagt, sie tun diese Dinge um ihrer selbst willen. Wie dem auch sei - haben mehr Möglichkeiten, als die schiere Natur ihnen abverlangt. 

Und je höher nun die Tierarten sich entwickeln, umso wahrscheinlicher wird es, dass eine von ihnen eines Tages ernstlich beginnt, was daraus zu machen. Die Bonobos treiben bloß zwecklosen Sex, die Hominiden gingen schon etwas weiter. JE

Sein mörderisches Gehirn.

aus nzz.ch, 4.2.2015, 05:31 Uhr


Buchrezension
Blick ins Gehirn eines Mörders.
Wie wird ein Mensch zum Mörder? In seinem Buch schreibt der Psychiater Adrian Raine über die biologischen Wurzeln von Gewalttätigkeit. Er vertritt provokante Thesen, thematisiert aber auch seine Zwiespältigkeit.

von Lena Stallmach

Adrian Raine glaubt nicht an das Böse im Menschen. Er vertritt die Ansicht, dass ein Zusammenspiel von biologischen und sozialen Risikofaktoren das «gefährliche Gebräu» ergeben, das einen Menschen zum Mörder machen kann. Niemand werde schlecht geboren, schreibt er. Der deutsche Titel seines neuen Buchs «Als Mörder geboren» ist deshalb irreführend. Doch macht Raine ähnliche Aussagen, um sie nachher zu relativieren. Auf diese Weise thematisiert er bewusst seine innere Zwiespältigkeit. Der Psychiater arbeitete vier Jahre als Gefängnispsychologe und ist heute Professor an der University of Pennsylvania. In seinem Buch stellt er einige zweifelhafte Thesen auf, mit denen er offenbar zum Nachdenken anregen will. Er fordert mehr Verständnis für Gewaltverbrecher, schlägt aber auch haarsträubende Präventionsmassnahmen vor.

Mörder im Hirnscanner

Als eine Massnahme diskutiert Raine die Möglichkeit, anhand von psychologischen, sozialen und biologischen Risikofaktoren die Gewalttätigkeit junger Männer zu erheben und einige vorsorglich einzusperren – da Frauen selten schwere Gewaltverbrechen begehen, werden sie nicht berücksichtigt. Heute reicht die wissenschaftliche Erkenntnis nicht aus, um so ein Profil zu erstellen. Doch skizziert Raine ein solches Szenario für das Jahr 2034. Ihm «laufen dabei kalte Schauer über den Rücken». Denn er selbst weist einige für Mörder typische Risikofaktoren auf, wie einen tiefen Ruhepuls, Vitaminmangel in der Kindheit und einen abweichenden Hirnscan.

Raine war einer der Ersten, der in den 1990er Jahren begann, die Gehirne von Mördern mit bildgebenden Verfahren zu durchleuchten. Dafür wanderte der Psychiater 1987 von England nach Kalifornien aus, wo viele Mörder an einer Kooperation interessiert sind. Zum Tod verurteilt, können sie dem nur entgehen, wenn sie mildernde Umstände wie hirnorganische Schäden geltend machen können. So bekam Raine die Gelegenheit, 41 gewalttätige Mörder mit der Positronen-Emissions-Tomografie (PET) zu untersuchen.

Er verglich die Aktivität in den Gehirnen der Mörder bei einer Konzentrationsübung mit jener von nicht straffälligen Personen. Bei den Mördern waren präfrontale Hirnareale weniger und zentrale limbische Areale stärker aktiv (Grafik). Von hirngeschädigten Patienten weiss man, dass Läsionen im Stirnhirn mit einer höheren Risikobereitschaft, einem Verlust der Selbstbeherrschung und der Unfähigkeit einhergehen, sich sozial und situationsgerecht zu verhalten. Zudem kommt es zu kognitiven Beeinträchtigungen, die die Intelligenz mindern. Eine starke limbische Aktivität weist dagegen auf eine hohe emotionale Erregtheit hin.

Die abweichende Hirnaktivität bei Mördern erklärt laut Raine, warum sich diese eher antisozial verhalten. Weil sie weniger intelligent sind, haben sie allgemein schlechtere Karten im Leben. In Konfliktsituationen können sie ihre Wut schlecht kontrollieren, werden schneller gewalttätig und können dann auch jemanden umbringen. Bei einem solchen Mord aus dem Affekt, spricht Raine von einem heissblütigen Mörder.

Anders sieht es bei kaltblütig planenden Tätern aus, insbesondere bei Serienmördern. Um solche Morde vorzubereiten, braucht man Intelligenz sowie Selbstbeherrschung und demnach einen gut funktionierenden präfrontalen Kortex. Tatsächlich fand Raine dies auch in den Hirnscans von Serienmördern bestätigt. Diese wiesen dort und in einer zentral gelegenen Hirnregion namens Thalamus eine erhöhte Aktivität auf. Letzterer gilt als eine Art Schaltzentrale zwischen den Arealen der Hirnrinde und dem emotionalen limbischen System. Oft fehlt es Serienmördern zudem an Empathie und moralischer Urteilsfähigkeit – was psychologische Tests aufdecken können, zeigt sich auch in einer mehr oder weniger charakteristischen Hirnaktivität.

Es ist unbestritten, dass Kopfverletzungen in bestimmten Hirnregionen das Verhalten einer Person stark verändern können. Umstritten ist dagegen die Aussagekraft von bildgebenden Verfahren, die Unterschiede in der Hirnaktivität beim Lösen einer Aufgabe erfassen. Zwar weist Raine auf Probleme bei der Interpretation der Bilder hin. Zum Beispiel bedeutet eine Korrelation, also das gleichzeitige Auftreten von Aktivität und einer bestimmten Hirnleistung, nicht, dass die Aktivität diese Leistung verursacht, geschweige denn, dass sie ein bestimmtes Verhalten bedingt. Doch hält Raine das nicht davon ab, solche Schlussfolgerungen zu ziehen.

Pikant ist, dass sein eigener PET-Scan jenem eines Serienmörders erstaunlich ähnlich ist. Die Biologie ist demnach kein Schicksal, und bestimmte Eigenschaften werden erst in Kombination mit widrigen sozialen Umständen problematisch.

Kapitelweise handelt Raine diese Wechselwirkung und verschiedene biologische Risikofaktoren ab. Zwillings- und Adoptionsstudien zeigen etwa, dass gewalttätiges und antisoziales Verhalten zu einem gewissen Grad vererbbar sind. Dabei sind wahrscheinlich Gene involviert, die die Neurochemie und die Hirnentwicklung beeinflussen.

Relativ gut belegt ist auch, dass die Ernährung in der Kindheit und jene der Mutter während der Schwangerschaft sowie die Exposition gegenüber Schadstoffen wie Schwermetallen oder Alkohol die Hirnentwicklung beeinflussen. Es ist nicht abwegig, anzunehmen, dass sich dies auch auf das Verhalten auswirkt. Langzeitstudien zeigen, dass mangelernährte Kinder später im Leben eher verhaltensauffällig werden und mit dem Gesetz in Konflikt kommen, auch wenn man andere Faktoren wie etwa Armut oder soziale Benachteiligung berücksichtigt. Zwar dokumentieren diese Studien auch nur eine Korrelation. Doch weisen Interventionsstudien auf einen kausalen Zusammenhang hin. Zum Beispiel verringerte die regelmässige Einnahme von Omega-3 Fettsäuren in Studien die Aggressivität bei Kindern und Gefängnisinsassen.

Prognosen sind fragwürdig

Raine tendiert dazu, die Aussagekraft einiger Studien überzuinterpretieren. Auch wenn seine Erklärungen für die Entstehung von Gewalttätigkeit anhand von biologischen und psychosozialen Faktoren aus der Retrospektive plausibel erscheinen, ist zweifelhaft, ob eine zuverlässige Prognose je möglich wird. Nichtsdestoweniger liefert er interessante Fakten und Argumente. Besonders anschaulich ist dies, weil er damit die Handlungen und Motive verschiedener Mörder zu erklären versucht, etwa eines jungen Amokläufers aus behütetem Haus oder eines Serienmörders, der auf allen Ebenen schlechte Karten gezogen hatte. So erhält man aufwühlende Einblicke in verschiedene «Mörderseelen». Lesenswert macht das Buch auch, dass Raine anhand dieser Beispiele ethische Knacknüsse von verschiedenen Seiten beleuchtet und damit zum Denken anregt.

Adrian Raine: Als Mörder geboren. Klett-Cotta 2015, 517 S., Fr. 38.90.

Nota. - Eine erbliche Disposition erhöht oder vermindert lediglich eine Wahrscheinlichkeit. Kausal wirkt sie nicht: Es gibt Leute, man soll es nicht für möglich halten, für deren Verhalten vernünftige Erwägungen eine Rolle spielen. Und da die grundsätzlich frei sind, lässt sich aus genetischen Befunden eine Verhaltens- prognose grundsätzlich nicht erstellen.

Der Begründer der Genetik.

gärtner-blog

aus nzz.ch, 4.2.2015, 05:23 Uhr

Ein Grundstein der Genetik
Vor 150 Jahren präsentierte Gregor Mendel die Resultate seiner Kreuzungsversuche an Erbsen

von Martin Leuch

Mitte des 19. Jahrhunderts: Die Begriffe Genetik, Chromosom und Gen existieren nicht. Einflussreiche Botaniker verneinen die Sexualität der Pflanzen. Diejenigen, die sie nicht infrage stellen, nehmen (vereinfacht ausgedrückt) an, dass sich elterliche Merkmale bei Tieren wie auch Pflanzen wie zwei Flüssigkeiten vermischen. So auch Charles Darwin, dessen 1859 erschienenes Werk «Die Entstehung der Arten» die Biologie revolutionierte. Dass ein Augustinerpater diese Theorie umkrempeln sollte, erwartete damals niemand – und tatsächlich dauerte es Jahrzehnte, bis die Ergebnisse des Paters Gregor Mendel als Mendelsche Regeln Eingang in die Biologie erlangten.

Erbsen im Klostergarten

Mendel kam am 22. Juli 1822 in dem damals zu Österreich gehörenden Ort Heinzendorf zur Welt, dem heutigen tschechischen Dorf Vrazné. Seine Eltern tauften ihn Johann, den Namen Gregor erhielt er erst später, beim Eintritt ins Kloster. Sein Vater bewirtschaftete einen kleinen Bauernhof. Schon als Kind begeisterte sich Mendel für die Natur. Dafür sorgten sein Vater und ein unkonventioneller Dorfpfarrer, der die Kinder nicht nur in Religion unterrichtete, sondern ihnen in einem Schulgarten auch das Pfropfen und Okulieren von Obstbäumen beibrachte. Zudem vermittelte er den Kindern die Bedeutung der Bienen für den Obstbau. Von daher rührt wohl die Begeisterung Mendels für die Bienen, die sein Leben lang anhielt.

Da Mendel in der Volksschule mit guten Noten glänzte, setzte sich sein Lehrer bei den Eltern dafür ein, dass er ans Gymnasium konnte. Doch das Geld war knapp; und obwohl er Nachhilfeunterricht erteilte und von einer seiner zwei Schwestern finanziell unterstützt wurde, reichte es kaum zum Überleben. Geldsorgen begleiteten Mendel auch während seines zweijährigen Studiums am Philosophischen Institut der Universität Olmütz. Erst der Eintritt als Novize in die Augustinerabtei des Klosters St. Thomas in Alt Brünn, dem heutigen Brno, befreite Mendel von ihnen.

Das Kloster war ein kulturelles Zentrum und besass eine grosse Bibliothek. Die Patres widmeten sich der Wissenschaft und unterrichteten an Schulen. Im Jahre 1843 begann Mendel ein Theologiestudium, 1847 wurde er zum Priester geweiht. Der Abt des Klosters, der seine Neigung zur Wissenschaft förderte, schickte ihn auf Kosten des Klosters an die Universität in Wien, wo er unter anderem die Fächer Mathematik, experimentelle Physik, Naturgeschichte sowie Anatomie und Physiologie der Pflanzen belegte. Dass er die Lehramtsprüfung fürs Gymnasium zweimal nicht bestand, tat seiner Beliebtheit als Lehrer keinen Abbruch. Zwischen 1854 und 1868 unterrichtete er als Lehrer an der Oberrealschule in Brünn, was ihm nach eigenem Bekunden grosse Freude bereitete.

Im Jahre 1856 begann Mendel, der den Klostergarten betreute, unterschiedliche Erbsensorten miteinander zu kreuzen und seine Ergebnisse penibel zu protokollieren. Es ging darum, herauszufinden, wie sich Eigenschaften in den Nachkommen wieder zeigten und ob dies nach gewissen Gesetzmässigkeiten ablief. Die Gartenerbse hatte er als Versuchspflanze ausgewählt, weil sie schnell wächst und gut unterscheidbare Merkmale besitzt. Die vom Abt unterstützten Versuche hatten einen praktischen Hintergrund: Das Kloster belieferte nämlich die Bierbrauereien der Gegend mit Getreide. Diese waren daran interessiert, dass das Korn bestimmte Eigenschaften aufwies – und man hoffte, dass Mendels Ergebnisse bei der Getreidezucht helfen könnten.

Inspiriert zu seinen Versuchen wurde Mendel von Forschern, die vor ihm mit Hybriden, also aus Kreuzungen verschiedener Sorten hervorgegangenen Pflanzen, experimentiert hatten, allen voran der Botaniker Karl Friedrich von Gärtner (1772–1850). Dieser hatte bereits ähnliche Versuche durchgeführt. Die Anzahl der Pflanzen, die er beobachtete, war aber zu klein, um schlüssige Regeln ableiten zu können. Mendel dagegen wertete über 10 000 Pflanzen aus. Er zeichnete in einer langen Versuchsreihe eine Unmenge an Daten akribisch auf, analysierte sie mit mathematisch-statistischen Methoden und zog daraus seine Schlüsse. Dieser methodische Ansatz war für seine Zeit eher ungewöhnlich: Beeinflusst haben ihn hier vermutlich seine Kenntnisse in experimenteller Physik.

Die Mendelschen Regeln

Gartenerbsen sind primär Selbstbestäuber. Um dies zu verhindern, entfernte Mendel bei der Elterngeneration alle Staubblätter der Blüten. Zudem stellte er mithilfe von Papiertüten, die er über die Blüten stülpte, sicher, dass auch kein fremder Pollen auf diese gelangte. Anschliessend bestäubte er die Blüten selbst – mit Pollen von von ihm ausgewählten Pflanzen. Die nachfolgenden Generationen überliess er der Selbstbestäubung. Dann protokollierte er, wie häufig in den Nachfolgegenerationen bestimmte Varianten von Samen, Schoten, Blüten und Stengeln auftraten.

Mendel stellte fest, dass die von ihm untersuchten Merkmale bei der ersten Nachkommengeneration jeweils einheitlich waren: Also beispielsweise alle Blüten rot waren, obwohl nur ein Elternteil rot, der andere aber weiss blühte. Diesen Befund beschreibt die Mendelsche «Uniformitätsregel». Sie galt nur in der ersten Generation: In der zweiten Nachkommengeneration tauchte die weisse Farbe wieder auf. Im Durchschnitt fand Mendel jeweils eine weisse auf drei rote Blüten. Dies wurde als zweite Mendelsche Regel, als «Spaltungsregel», bekannt.

Mendel schloss aus diesen Befunden, dass in den Pollen und Eizellen der Blüten jeweils eine Erbinformation für jedes Merkmal vorhanden sein musste. Diese wurde unverändert als Einheit über die Generationen weitergegeben, obwohl sie nicht immer sichtbar wurde. Heute kennen wir diese Einheiten als Gene. Mendel beobachtete einen Erbgang, an dem dominante und rezessive Merkmale beteiligt waren: Die dominante rote Farbe setzte sich gegenüber der rezessiven weissen durch.

In anderen Experimenten verfolgte Mendel zwei Merkmale gleichzeitig: etwa die Farbe und Form der Samen. Wie in der Elterngeneration waren in der ersten Nachkommengeneration alle Samen gelb und rund. In der zweiten spalteten sich die Merkmale dann im Verhältnis 9:3:3:1 auf: Neun Samen waren gelb und rund, drei grün und rund, drei gelb und runzlig, und einer war grün und runzlig. Hieraus schloss Mendel, dass die einzelnen Merkmale unabhängig voneinander weitergegeben werden («Unabhängigkeitsregel»).

Seine Ergebnisse trug Mendel erstmals am 8. Februar 1865 vor, an einem Treffen der Naturforschenden Gesellschaft Brünn. Seine Ausführungen stiessen auf wenig Interesse. Auch die 1866 erschienene schriftliche Fassung seiner Forschungsarbeit mit dem Titel «Versuche über Pflanzenhybriden», fand wenig Beachtung. Dies, obwohl er sie an 40 führende Biologen verschickt hatte. Immerhin entspann sich mit dem damals europaweit führenden Botaniker Carl Wilhelm von Nägeli ein jahrelanger Briefwechsel. Nägeli wirkte als Dozent an der ETH und später lange Zeit an der Universität München. Aber auch er erkannte die Bedeutung von Mendels Arbeit nicht.

Mendel hingegen, so ist es überliefert, blieb optimistisch. So wird ihm der Ausspruch «Meine Zeit wird kommen» nachgesagt. Er führte seine Forschungsarbeit fort, unter anderem auf Anraten Nägelis, mit dem Habichtskraut. Dieses folgte anderen Gesetzmässigkeiten als die Gartenerbse, wie Mendel herausfand. Ausserdem versuchte er sich in Bienenzucht und widmete sich Astronomie und Meteorologie. Im Kloster war er beliebt und wurde im Jahre 1868 zum Abt gewählt. Für die Wissenschaft fand er von da an fast keine Zeit mehr. Die Anerkennung seiner Forschung erlebte er nicht mehr: Er starb 1884 im Alter von 62 Jahren.

Spät wiederentdeckt

Bestätigt wurden seine Arbeiten erst 1900 vom Niederländer Hugo de Vries, dem Deutschen Carl Correns und dem Österreicher Armin von Tschermak-Seysenegg. Alle drei behaupteten, unabhängig voneinander und ohne Kenntnis von Mendels Versuchen zu den gleichen Resultaten wie dieser gelangt zu sein. Dies wird heute bezweifelt.

Dass es so lange dauerte, bis Mendels Arbeit anerkannt wurde, dürfte viele Gründe haben. Neben seiner ungewöhnlichen Methodik auch, dass sein Ergebnis der damaligen Auffassung von Vererbung widersprach. Zudem stand damals laut dem Evolutionsbiologen Paul Schmid-Hempel von der ETH Zürich Darwins Theorie von der Entstehung der Arten im Mittelpunkt des öffentlichen Interesses. «Die Zeit war noch nicht reif für Mendels Vererbungslehre.» Auch habe Mendel möglicherweise zu viel Respekt vor den damals führenden Wissenschaftern gehabt, um sich zu exponieren. «Aber die simple Vorstellung, Mendel sei anderen Forschern um Jahrzehnte voraus gewesen, ist falsch», sagt Schmid-Hempel. Mendel habe bei seiner Arbeit auf Studien und Ideen anderer Forscher zurückgreifen können. «Seine Leistung bestand vor allem darin, dass er aus unzähligen Einzelbeobachtungen die Bedeutung der Zahlenverhältnisse erkannt und die richtigen Schlüsse gezogen hat.»

Nach der Wiederentdeckung seiner Arbeit entbrannte zwischen den Anhängern Darwins und Mendels eine bittere Debatte. Es dauerte einige Jahrzehnte, bis diese beiden Konzepte in einer erweiterten Evolutionstheorie, der «modernen Synthese», vereinigt wurden. Heute gilt Gregor Mendel als einer der bedeutendsten Forscher des 19. Jahrhunderts, seine Regeln bilden die Grundlage der Vererbungsgesetze – auch wenn diese, wie man heute weiss, nicht vollständig waren.

Neuronen gesellen sich zueinander ganz nach Neigung.

aus scinexx

Gehirnzellen bilden ein "soziales Netzwerk"
Einander ähnliche Nervenzellen kommunizieren besonders stark miteinander

Soziales Netzwerk im Gehirn: Nervenzellen kommunizieren ähnlich wie Freunde in Netzwerken wie Facebook, wie Wissenschaftler herausgefunden haben. Die Neuronen sind besonders stark mit solchen Zellen verbunden, die ihnen am meisten ähneln – genauso wie wir den größten Wert auf die Meinung unserer engsten Freunde legen. Dies sei eine wichtige Regel für den noch weitgehend unbekannten Schaltplan des Gehirns, schreiben die Forscher im Magazin "Nature".

In unserem Gehirn sind Milliarden von Nervenzellen in einem komplexen Geflecht miteinander verbunden, jedes einzelne dieser Neuronen kann über mehrere tausend Synapsen mit anderen Zellen kommunizieren. Weltweit erforschen Wissenschaftler schon seit längerem den Schaltplan, der diesem hochkomplexen Organ zugrunde liegt. Bekannt ist mittlerweile, dass nicht alle der synaptischen Verbindungen gleich sind: Die meisten sind eher schwach, nur sehr wenige sind stark ausgeprägt.

Verschaltete Nerven auf engstem Raum

"Wir wollten herausfinden, ob es Regeln dafür gibt, wie sich Nervenzellen zu komplexen Netzwerken mit Millionen anderer Nervenzellen verbinden", sagt Thomas Mrsic-Flogel von der Universität Basel. Dabei konzentrierten sich die Forscher auf ein bestimmtes Gebiet in der Hirnrinde, das Informationen aus dem Auge empfängt und verarbeitet. Neuronen in diesem Teil des Gehirns reagieren auf spezielle visuelle Muster.

Es ist jedoch schwierig zu entschlüsseln, welche Zellen miteinander verbunden sind, weil sie so dicht gedrängt beieinander liegen: Ein Kubikmillimeter enthält bis zu 100.000 Neuronen. Eine Kombination aus hochauflösenden Bildgebungsverfahren und empfindlichen elektrischen Messungen zeigte den Forschern nun tatsächlich eine Regel des neuronalen Schaltplans: Die Verbindungen zwischen benachbarten Neuronen sind wie ein soziales Netzwerk organisiert.

Starke Verbindung zu engen Freunden

"Gleichgesinnte Neuronen sind stark miteinander gekoppelt, während Neuronen, die sich unterschiedlich verhalten, nur schwache oder gar keine Verbindungen haben", erklärt Mrsic-Flogel. Ganz ähnlich stehen wir in sozialen Netzwerken wie Facebook mit einer großen Anzahl von Bekannten in Kontakt. Der Kreis enger Freunde jedoch ist um ein Vielfaches kleiner. Dies sind in der Regel gerade die Freunde, mit denen wir die meisten Gemeinsamkeiten haben und deren Meinung uns wichtiger ist als die aller anderen.

• Dein Wille ist freier, als man dir weismachen will. 

So verhalten sich auch die Neuronen: "Die schwachen Kontakte im Gehirn haben kaum Bedeutung, obwohl sie in der Mehrheit sind", erklärt Mrsic-Flogel. "Die wenigen starken Verbindungen zwischen Neuronen mit ähnlicher Funktion hingegen haben den stärksten Einfluss auf die Aktivität ihrer Partner. Dieses Zusammenspiel könnte ihnen helfen, bestimmte Informationen der Außenwelt zu verstärken."

Schwache Verbindungen für Lernprozesse

Wenn aber die schwachen Verbindungen zwischen Nervenzellen nahezu bedeutungslos sind, warum exisitieren sie dann überhaupt? "Wir nehmen an, dass dies mit Lernprozessen zu tun haben könnte", antwortet Erstautor Lee Cossell, und erklärt: "Wenn Neuronen ihr Verhalten ändern müssen, stehen schwache Verbindungen bereits zur Verfügung, um zu starken Verbindungen ausgebaut werden zu können." Auf diesem Weg könne sich das Gehirn schneller an veränderte äußere Einflüsse anpassen.

"Die Ergebnisse zeigen, wie Neuronen im Netzwerk miteinander interagieren, um Informationen zu verarbeiten", fasst Mrsic-Flogel zusammen. "Dieses Wissen ebnet den Weg, um genaue Computersimulationen des Gehirns zu erstellen." Darüber hinaus sei der Schaltplan der Nervenzellen auch für das Verständnis neurologischer Krankheiten bedeutend: „Wenn wir wissen, wie das Muster der Verbindungen im gesunden Gehirn aussehen sollte, dann können wir auch anfangen herauszufinden, was beispielsweise bei Schizophrenie oder Autismus falsch läuft." (Nature, 2015; doi: 10.1038/nature14182,  Nature: "Functional organization of excitatory synaptic strength in primary visual cortex")

(Universität Basel, 05.02.2015 - AKR)

Dein Wille ist freier, als man dir weismachen will.

 

Unser Wille ist freier als gedacht
 Wie unser Bewusstsein das Unbewusste kontrolliert

Andrea Weber-Tuckermann 
Pressestelle 
Universität Ulm 

Sind wir Sklaven unseres Unbewussten und können nichts dagegen tun? Hirnforscher sagen: Nein! Unser Bewusstsein kontrolliert unbewusste Prozesse im Gehirn. Der Wille und die automatische Verarbeitung arbeiten Hand in Hand, nicht gegeneinander. Das hat eine Forschergruppe an der Universität Ulm um den Psychologen Professor Markus Kiefer herausgefunden.

Unbewusste Prozesse, die im Widerspruch zu unseren Absichten stehen, werden weitgehend von unserem Bewusstsein blockiert. „Unser Wille ist freier als gedacht“, sagt Markus Kiefer, Sprecher eines deutschlandweiten Projektnetzwerkes zur Bewusstseinsforschung. Seine Forschungsgruppe konnte mit Messungen der Hirnaktivität im Magnetresonanztomographen (MRT) zeigen, dass bewusste Vorsätze die Arbeit unserer automatischen Systeme im Gehirn steuern. Die Forscher wiesen erstmals nach, dass solche Vorsätze für eine gewisse Zeit Netzwerke von Bereichen im Gehirn etablieren, die den unbewussten Informationsfluss im Gehirn steuern. Diese Ergebnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift Human Brain Mapping veröffentlicht.

• Neuronen gesellen sich zueinander ganz nach Neigung.

Seit den Arbeiten des Begründers der Psychoanalyse Sigmund Freund wurde unhinterfragt angenommen, dass unser Unbewusstes autonom und nicht vom Bewusstsein kontrollierbar ist. „Die Vorstellung des chaotischen und unkontrollierbaren Unbewussten prägt bis heute auch die akademische Psychologie und Kognitionsforschung. Dieses Dogma wurde in der Vergangenheit kaum kritisch hinterfragt“, so Professor Markus Kiefer. „Unsere Befunde widerlegen diese Lehrmeinung. Sie zeigen eindeutig, dass unser Bewusstsein zu den Absichten passende unbewusste Vorgänge in unserem Gehirn verstärkt, nicht passende dagegen abschwächt.“ Dadurch werde gewährleistet, dass unser bewusstes „Ich“ Herr im Haus bleibt und nicht durch eine Vielzahl unbewusster Tendenzen beeinflusst wird. „Wir sind also keinesfalls Sklaven unseres Unbewussten, wie lange Zeit angenommen“, meint Kiefer.

Diese Kontrolle des Unbewussten durch das Bewusstsein zeige sich, so Kiefer, auch im Alltag: “Wenn ich in den Supermarkt gehe, um Spülmittel zu kaufen, bin ich wenig empfänglich für die Schokolade im Süßwarenregal. Die Situation ist ganz anders, wenn ich gerade hungrig und dabei bin, Nahrungsmittel einzukaufen. Ähnliches gilt auch beim Autofahren: Wenn ich einen Fußgänger auf der Fahrbahn erwarte, kann ich ihn mit höhere Wahrscheinlichkeit auch dann rechtzeitig erkennen und abbremsen, wenn er am Rande meines Gesichtsfeldes auftaucht und damit nicht bewusst wahrnehmbar ist.“ Die bewussten Absichten und Einstellungen entscheiden somit darüber, ob ein unbewusster Prozess in unserem Gehirn überhaupt ablaufen kann. 

Für die Studie haben die Forscher der Ulmer Universitätsklinik für Psychiatrie die Gehirnaktivität von Probanden beim Lesen von sichtbaren Worten im Magnetresonanztomographen gemessen. Zuvor wurden andere Worte, so genannte Bahnungsreize, für eine ganz kurze Zeit eingeblendet, so dass sie nicht bewusst wahrnehmbar waren. Bedeutungsmäßig verwandte unbewusste Bahnungsreize beschleunigten die Erkennenszeiten der nachfolgend gezeigten kritischen Wörter (z.B. Tisch-Stuhl, Henne-Ei) nur dann, wenn die Probanden zuvor die Absicht hatten, die Bedeutung von Wörtern zu verstehen. Hatten die Probanden dagegen die Absicht, auf die Form von Buchstaben zu achten und die Wortbedeutung zu ignorieren, hatten die unbewussten Bahnungsreize keinen Einfluss auf die Erkennenszeiten der sichtbaren Worte.

Diese Blockade unbewusster Prozesse durch die bewussten Absichten der Probanden konnte auch anhand der Messung der Hirnaktivität nachgewiesen werden. Wie bei den Erkennenszeiten auch, wurde die Gehirnaktivität beim Lesen der sichtbaren Worte nur dann durch die unbewussten Bahnungsworte verändert, wenn die Probanden zuvor, auf die Bedeutung von Bildern beachteten. Beachteten die Probanden zuvor die Form von Bildern, hatten die unbewusst wahrgenommenen Worte keinen Einfluss auf die Gehirnaktivität beim Lesen. Es zeigte sich, dass die bewussten Absichten der Probanden, auf Bedeutung oder Form zu achten, für eine gewisse Zeit unterschiedliche Netzwerke von Hirnarealen etablierten, welche die Verarbeitung der unbewusst wahrgenommenen Reize beeinflussten.

Mit 1,9 Millionen Euro förderte die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ein deutschlandweites Projektnetzwerk zur Bewusstseinsforschung, in das das Ulmer Projekt eingebettet ist. Kiefer ist Sprecher dieses Netzwerkes: „Mühelos koordiniert das Gehirn im Alltag bewusste und unbewusste Prozesse, etwa bei der Wahrnehmung. Aber was dabei im Kopf passiert, ist sehr kompliziert und nach wie vor zum Teil unverstanden. Philosophen streiten seit Jahrtausenden über die Natur des Bewusstseins und sein Verhältnis zu den unbewussten Vorgängen. Wir können nun mit modernsten Methoden bewusste und unbewusste Prozesse im Gehirn sichtbar machen und so zur Lösung dieser alten Frage beitragen“. Im Gegensatz zur früheren Lehrmeinung werde durch diese Forschung deutlich, dass sich bewusste und unbewusste Vorgänge im Gehirn wechselseitig beeinflussen.

Text: Markus Kiefer 

Weitere Informationen: 

Prof. Dr. Markus Kiefer, Universität Ulm, Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie III, Leiter der Sektion für Kognitive Elektrophysiologie; Tel. 0731/500-61532; Email: markus.kiefer@uni-ulm.de; 

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Weitere Informationen:

http://www.uni-ulm.de/unbewusst/

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24954512