Es gibt eine reiche Geschichte über Philosophen und Wissenschaftlern, die Fragen stellen wie: „Wer bin ich, woher komme ich und mit wem bin ich verwandt? Moderne Technologien ermöglichen es uns, die DNA in unseren 23 menschlichen Chromosomenpaaren zu analysieren. Viele Leute denken, dass unsere DNA viel von dem kontrolliert, was ist, wie zum Beispiel unser körperliches Erscheinungsbild, unsere Intelligenz und viele angeborene Fähigkeiten. Einige denken sogar, dass die DNA unsere Rasse oder ethnische Zugehörigkeit definiert. Einige dieser Leute würden auch dem Sprichwort zustimmen, du bist was du isst auch wenn das eigentlich ein Widerspruch wäre. Das heißt, unsere Ernährung beeinflusst unsere körperliche und geistige Gesundheit. In diesem Artikel gehe ich auf diese Fragen ein. Ich werde einige grundlegende Annahmen beschreiben, die wir als Kinder gelernt haben, wie zum Beispiel, dass wir genau die Hälfte unserer Gene von jedem Elternteil erben und wir unsere Vorfahren Tausende von Jahren zurückverfolgen können. Dann werde ich zeigen, dass dies auf einer Ebene eine zu starke Vereinfachung und auf einer tieferen Ebene absolut falsch ist.

Genealogie und gemeinsame Vorfahren

Derzeit ist Genealogie ein großes Geschäft und ein sehr beliebtes Hobby. Über 100 Millionen DNA-Tests wurden 2021 verkauft. Viele Menschen wollen wissen, wo sie in den Baum des Lebens passen. Die Basensequenzen in ihrer DNA können mit denen von Menschen aus allen Teilen der Welt verglichen werden. Sie könnten feststellen, dass Sie mit einer berühmten Person der Geschichte wie Karl dem Großen verwandt sind. Dazu werden einige Grundannahmen gemacht. Wir gehen davon aus, dass wir genau die Hälfte unserer DNA von unserer Mutter und die andere Hälfte von unserem Vater bekommen. Auf dieser Grundlage beträgt der Bruchteil unserer DNA, der von unseren jüngsten Vorfahren stammt, 1/2n, wobei n die Anzahl der Generationen ist. Das heißt, wir bekommen 1/2 unserer DNA von jedem unserer beiden Elternteile, 1/4 von jedem unserer vier Großeltern und 1/8 von jedem unserer acht Urgroßeltern. In diesem Prozess sagen wir, dass DNA und Gene vertikal von den Eltern auf die Kinder übertragen werden.

Dies sagt voraus, dass wir noch viele Jahre zurückgehen und einige interessante Vorfahren finden können. Vor etwa 150 Jahren hatten wir 64 Ururururgroßeltern. Wir stammen von 64 verschiedenen Menschen ab. In der 33. Generation (vor etwa 800 bis 1000 Jahren) haben wir mehr als acht Milliarden Vorfahren. Das ist mehr als die Zahl der heute lebenden Menschen, viel größer als die Weltbevölkerung vor einem Jahrtausend1. Dies setzt jedoch voraus, dass die Paarung zufällig ist und dass sich die Populationen ständig vermischt haben. Tatsächlich handelt es sich beim Homo sapiens um eine Inzucht. In isolierten Gemeinschaften heiraten entfernte Cousins, die nur 1% ihrer DNA teilen, oft und zeugen Kinder. Ihr jüngster gemeinsamer Vorfahr hätte vor über 150 Jahren gelebt. Darüber hinaus können viele Vorfahren mehrere Plätze im Stammbaum besetzen. Ihre Ur-Ur-Ur-Ur-Großmutter könnte auch ihre Ur-Ur-Ur-Tante gewesen sein1. Betrachtet man ältere Generationen, kommt man an einen Zeitpunkt, an dem unsere Stammbäume nicht nur einen Vorfahren gemeinsam haben, sondern alle Vorfahren. Sie erreichen einen genetischen Isopunkt, an dem die Stammbäume von zwei beliebigen Menschen auf der Erde jetzt auf dieselbe Gruppe von Individuen zurückgehen. Menschen, die am genetischen Isopunkt lebten, waren entweder die Vorfahren von allen, die heute leben, oder von niemandem, der heute lebt. Die Menschen verließen Afrika und begannen sich vor mindestens 120.000 Jahren über die ganze Welt zu zerstreuen, aber der genetische Isopunkt trat viel später auf – irgendwo zwischen 5300 und 2200 v. Chr. Sie erkannten, dass das zufällige Paarungsmodell wesentliche Aspekte der Bevölkerungsstruktur ignoriert, wie die Tendenz von Individuen, Partner aus derselben sozialen Gruppe zu wählen, und die relative Isolation geografisch getrennter Gruppen. Als dies in das Modell aufgenommen wurde, konnten sie den genetischen Isopunkt abschätzen. Dies legt nahe, dass sich die Genealogien aller lebenden Menschen in der jüngsten Vergangenheit auf bemerkenswerte Weise überschneiden2.

Dies zerstört das Konzept der verschiedenen Rassen und reinen Abstammungslinien der Menschen vollständig1. Niemand hat Vorfahren aus nur einem ethnischen Hintergrund oder einer Region der Welt1. Rasse ist ein soziales Konstrukt ohne wissenschaftliche Grundlage. Es gibt nur eine Rasse – die Menschheit.

Es gibt eine weitere Komplikation, wenn man versucht, seine Genealogie zu bestimmen, die Rekombination. Wir erben nicht wirklich genau die Hälfte unserer DNA von jedem Elternteil. Teile der DNA in den Chromosomen von jedem Elternteil brechen auseinander und rekombinieren bei der Produktion der Zygote oder befruchteten Eizelle. Dies führt zu einer zufälligen Neuordnung der Gene in jeder nachfolgenden Generation. Einige der Vorfahren tragen also überproportional zu ihrem Genom bei, während andere nichts beitragen. Unsere Genetik spiegelt unsere Genealogie nicht genau wider, wenn wir einige Generationen zurückgehen. Darüber hinaus ist unser genetischer Code keine statische Einheit. Einige Teile eines Chromosoms können ihre Position im Genom ändern. Dies wurde bei Mais entdeckt (von Barbara McClintock 1956)3. Sie nannte sie springende Gene. Ihre Ergebnisse wurden ignoriert, teilweise weil sie eine Frau war. Zum Glück erhielt sie 1983 für ihre bahnbrechende Arbeit den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Es gibt viele solcher transponierbaren (mobilen) genetischen Elemente in unserer DNA. Dies gilt für viele Pflanzen und Tiere. Ein großer Teil der Genome ihrer eukaryontischen Zellen besteht aus transponierbaren Elementen4. Es handelt sich um eingestreute Rapporte mit hoher Exemplarzahl. Dies liegt daran, dass sie im Laufe der Evolutionsgeschichte unzählige Male in Genome eingedrungen sind4.

Rekombination der Gene

Der Mensch hat zwei Kopien der Chromosomen 1 – 22 (die autosomalen Chromosomen) und zwei Geschlechtschromosomen. Die Zellen sind diploid. Fast alle Frauen haben zwei X-Chromosomen und Männer haben ein X- und ein Y-Chromosom. Manche Menschen haben jedoch mehr als zwei Geschlechtschromosomen. Manche Menschen haben zwei X-Chromosomen und ein Y-Chromosom. Die Chromosomen enthalten DNA, die aus den vier Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin besteht, die in einer Doppelhelix angeordnet sind. Die DNA in einigen Teilen unserer Chromosomen wird in Boten-RNA (messenger RNA, mRNA) transkribiert, die den Zellkern verlässt und in das Zytosol der Zelle gelangt. Die mRNA wird an Ribosomen, die sich im Zytosol befinden, in Proteine übersetzt. Menschliche Zellen haben etwa 23.000 Protein-kodierende Gene. Darüber hinaus tritt DNA-Rekombination auf, wenn ein DNA-Abschnitt von einem Chromosom durch Schneiden und Einfügen mit DNA von einem anderen Chromosom ausgetauscht wird. Es tritt normalerweise zwischen Regionen ähnlicher Basensequenzen auf.

Damit beim Menschen eine sexuelle Fortpflanzung stattfinden kann, müssen Spermien und Eizellen durch Reduktionsteilung der diploiden Elternzellen produziert werden. Das heißt, die diploiden Elternzellen durchlaufen eine DNA-Replikationsrunde, gefolgt von zwei separaten Zellteilungszyklen, um vier haploide Zellen (Sperma für Männchen und Eizellen für Weibchen) zu produzieren. Wenn sich Chromosomen eines Spermiums und einer Eizelle zu einer befruchteten Eizelle vereinen, kommt es zu einer gewissen Rekombination5.

Allerdings stammt nicht unsere gesamte DNA von menschlichen Vorfahren. Als Viren und Bakterien unsere entfernten Vorfahren infizierten, rekombinierte ein Teil ihrer DNA mit den menschlichen Chromosomen. Dies wird als horizontaler DNA-Transfer bezeichnet. Ein Großteil unserer DNA enthält Überreste alter Viren.

Das Rhizom des Lebens ist also wahrscheinlich eine bessere Metapher als der Baum des Lebens. Rhizome sind modifizierte unterirdische Pflanzenstängel, die Wurzeln aus ihren Knoten aussenden. Einige Bakterienarten können Kolonien in Wurzeln und Rhizomen bilden. Rhizobium und Bradyrhizobium besiedeln beispielsweise die Wurzeln von Hülsenfrüchten und lösen die Bildung von Knötchen aus, die mehr dieser photosynthetischen Bakterien anziehen. Die Bakterien wandeln atmosphärisches Stickstoffgas (N2) in Ammoniak (NH3) um, aus dem die Hülsenfrüchte in dieser symbiotischen Beziehung Blätter herstellen können.

Ebenso können Bakterien und Viren in alle Lebensbereiche eindringen und ihre DNA in diese integrieren. Die DNA aller Arten ist also eigentlich ein Mosaik von Gensequenzen unterschiedlicher Herkunft. Genome sind Ansammlungen von Genen mit unterschiedlicher Evolutionsgeschichte, die nicht durch einen einzigen Lebensbaum gut repräsentiert werden. Gleichzeitig haben viele Gene aufgrund der Rekombination mehrere unterschiedliche Ursprünge. Bakterien und Archaea übertragen Gene routinemäßig seitlich von einer Art auf eine andere. Außerdem können Teile viraler DNA und RNA die Quelle von Retrotransposons sein, die unser menschliches Gehirn stark von dem anderer Primaten unterscheiden. Bakterien und viele Arten von Viren besitzen DNA, die in mRNA transkribiert und dann in Proteine übersetzt wird. Andere Viren (wie die Viren HIV und SARS-CoV-2) haben RNA anstelle von DNA. Ihre RNA wird von der DNA revers transkribiert. Retrotransposons sind DNA-Sequenzen, die eine Homologie mit Retroviren teilen, deren RNA bei der Replikation des Virus revers in DNA transkribiert wird.

Retrotransposons waren entscheidend für die Entstehung der Morphologie und Funktion des Gehirns von Säugetieren, Primaten und Menschen4-6. Etwa die Hälfte der Nukleotide im menschlichen Genom sind Teile von Retrotransposons7. L1-Retrotransposons sind im Hippocampus und im Nucleus caudatus des menschlichen Gehirns aktiv und können für viele der Unterschiede verantwortlich sein, die bei sogenannten eineiigen Zwillingen beobachtet werden. Retrotransposons sind auch wichtig bei der Bildung neuer Neuronen während des gesamten Lebens im Hippocampus. L1-Retrotransposons werden auch im sich entwickelnden menschlichen Gehirn verwendet, in dem ständig neue Neuronen gebildet werden. Andererseits treten L1-Insertionen in Genen auf, die bei Krebs häufig mutiert sind. Wir ändern also unsere Denkweise über die Ursprünge des Lebens und seine Vielfalt7.

Du bist was du isst. Ungefähr 99% der proteinkodierenden Gene in unserem Körper stammen von Bakterien in unserem Darm

Auch wenn viele Menschen die Identitäten durch Genealogie suchen, hören wir oft das Sprichwort „Du bist, was du isst“. Das heißt, unsere Ernährung beeinflusst unsere Gesundheit. Eine gesunde Ernährung, die hauptsächlich auf Pflanzen basiert, unterstützt das Immunsystem und hilft, Fettleibigkeit und Alterskrankheiten vorzubeugen. Dazu gehören die meisten Krebsarten sowie Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Demenz und neurodegenerative Erkrankungen. Dies geschieht unter anderem durch die Produktion eines gesunden Darmmikrobioms und des Darmnervensystem8,9. Frisches Obst und Gemüse sowie Vollkornbrot und -nudeln liefern Ballaststoffe, die zur Bildung eines gesunden Darmmikrobioms (die Gesamtheit aller Mikroorganismen im Darm) beitragen. Der Inhalt unseres Darmtraktes gehört unserem Körper. Es ist eine gegenseitige, symbiotische Beziehung. Im Gegensatz dazu neigt rotes Fleisch dazu, die Konzentration gefährlicher Bakterien wie Fusobacterium nucleatum zu erhöhen, die DNA-Schäden und genomische Instabilität in sich entwickelnden Tumoren verursachen. Diese Art von Bakterien stimuliert Entzündungen und kann Tumore davor schützen, vom Immunsystem erkannt und zerstört zu werden. Dies erhöht das Risiko einer Krebsausbreitung. Dysbiose in der Darmmikrobiota-Darm-Hirn-Achse spielt eine wichtige Rolle bei abweichendem Sozialverhalten sowie bei der Ätiologie mehrerer neurodegenerativer Erkrankungen, darunter Angstzustände, Depressionen, Autismus und Parkinson-Krankheit. Andererseits helfen vegane und vegetarische Ernährung sowie die mediterrane Ernährung beim Aufbau eines gesunden Darmmikrobioms8,9.

Ernährung, Bewegung, Stimmung, allgemeine Gesundheit und Stress können die Konzentrationen von Hormonen verändern, die das Darmmikrobiom beeinflussen. Es tritt auch das Gegenteil ein. Eine gesunde Darmmikrobiota kann helfen, eine Person ruhig zu halten, da Bakterien die Konzentration von Stresshormonen (Kortikoosteron und adrenocorticotropes Hormon oder ACTH) beeinflussen. Andererseits kann eine Dysbiose im Darmmikrobiom zu Autoimmunerkrankungen, einschließlich Typ-1-Diabetes, beitragen9. Diese Form der Kommunikation zwischen den Königreichen wurde als mikrobielle Endokrinologie bezeichnet. So kann beispielsweise die stressvermittelte Ausscheidung von Neurohormonen die Expression von Genen in pathogenen Bakterien im Darm verändern. Hormone und Neurotransmitter beeinflussen viele Aspekte des Verhaltens, die nicht einfach im Gehirn, das sich im Schädel befindet, fest verdrahtet sind. Unsere Gesundheit und unser Verhalten hängen auch zum Teil vom Darmmikrobiom ab – unserem zweiten Gehirn. Infolgedessen werden unser Verhalten und unsere geistigen Fähigkeiten durch unseren Lebensstil, unsere Ernährung und die Exposition gegenüber Antibiotika beeinflusst. Sie sind nicht durch die Gene fest verdrahtet, die wir bei der Empfängnis erben9.

Oft werde ich gefragt, warum ich meine Genealogie nicht bestimmen lasse. Willst du nicht wissen, wer du bist? Meine Antwort lautet: „Ich weiß bereits, dass ich fast 100 % Amerikaner bin“. Die Bakterien in meinem Darm stammen von der Nahrung, die ich esse, die fast ausschließlich von irgendwo in Amerika stammt.

Tatsächlich ändert sich meine genetische Information ständig. Es gibt eine Kontrollebene, die über der Genetik liegt. Es heißt Epigenetik. Das heißt, unsere DNA kann modifiziert werden, bevor sie in mRNA transkribiert und in Proteine übersetzt wird. Die Proteine können auch modifiziert werden, wenn die innere oder äußere Umgebung dies erfordert. Die Transkription und Expression von Genen muss zum richtigen Zeitpunkt ein- und ausgeschaltet werden, um die vielen Rhythmen des Lebens aufrechtzuerhalten. Ich bin morgens nicht dieselbe Person wie abends. Ich werde morgen nicht genau derselbe Mensch sein wie heute.

Anmerkungen

1 Hershberger, S. Humans are more closely related than we commonly thought. Scientific American, 2020. 5 Oct. 2020.
2 Rohde, D.L. et al. Modelling the most common ancestry of all living humans. Nature, Volume 431, p. 562-566, 2004.
3 McClintock B. Controlling elements and the gene. Cold Spring Harbor Symposium Quantitative Biology, Volume 21, p. 197–216, 1956.
4 Ferrari, R. et al. Retrotransposons as drivers of mammalian brain evolution. Life, Volume 11, article 36, 2021.
5 Williams, M. and Teixeira, J. A genetic perspective on human origins. Portland Press, 2020.
6 Coraux, R. and Batzer, M.A. The impact of retrotransposons on human genome evolution. Nature Reviews Genetics, Volume 10, p. 691-703, 2009.
7 Lee, G. et al. Landscape of somatic retrotransposition in human cancers. Science, Volume 337, p. 967-971, 2012.
8 Smith, R.E. Don’t eat meat! Save yourself and humanity. Wall Street International, 24 October, 2018.
9 Smith, R.E. Our second brain. The enteric nervous system and gut microbiome. Wall Street International, 24 July, 2019.