Genom offenbart Geheimnisse des Riesenkalmars

Der Riesenkalmar Architeuthis dux (Illu.).
Copyright: Irken, CC-BY-SA 3.0

Woods Hole (USA) – Wie konnte der Riesenkalmar die Größe eines Schulbusses, suppentellergroße Augen und Tentakel erreichen, mit denen er Beute noch in 10 Metern Entfernung ergreifen kann? Antworten ebenso wie weitere Fragen zu Anatomie und Evolution der Quelle von Legenden rund um Menschen und Schiffe versenkende Riesenkraken offenbart nun erstmals eine Erbgutanalayse der sagenumwobenen Tiefseeriesen.

Wie das Team um Rute da Fonseca von der Universität Kopenhagen und Caroline Albertin vom Marine Biological Laboratory (MBL) aktuell im Fachjournal „GigaScience“ (DOI: 10.1093/gigascience/giz152) berichtet, haben sie das Genom des Riesenkalmars (Architeuthis dux) entschlüsselt.

Da Riesenkalmare bislang noch nie lebend gefangen und am Leben erhalten werden konnten, sind viele Fragen rund um die Biologie der Meeresriesen – etwa die danach, wie sie sich fortpflanzen – größtenteils noch ein Rätsel. Hier könne die nun vorgelegte Genomanalyse nun wichtige Erkenntnisse und Einsichten liefern. Hierzu isolierten die Forscherinnen und Forscher DNA eines toten Riesenklamars (Architeuthis dux) sowie Gewebeproben lebender Verwandter der Kopffüßer-Arten, der sogenannten Cephalopoden, um so mehr über bestimmte Genfunktionen zu erfahren.

Riesenklamare sind vermutlich der wahre Kern hinter Sagen und Legenden rund um Riesenkraken, die nicht nur Menschen, sondern sogar ganze Schiffe mit in die Tiefe reißen. Die Illustration zeigt den Kapmf mit einem solchen Kraken aus Jules Verne’s “20,000 Meilen unter dem Meer“
Copyright: Alphonse de Neuville

Ebenso wie der Riesenkalmar selbst, so ist auch sein Genom groß und besteht aus geschätzten 2.7 Milliarden Basenpaaren, was 90 Prozent des menschlichen Genoms entspricht. Anhand des Vergleichs der Genome des Architeuthis dux mit den vier bislang genetisch analysierten Arten von Kopffüßern wie auch mit dem menschlichen Genom können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun zeigen, dass nahezu alle wichtigen tierischen Entwicklungs-Gene (Hox und Wnt) nur in einzelnen Kopien im Genom des Riesenkalmars vorliegen. „Das bedeutet, dass im Laufe der Evolution das Genom des Riesenklamars keine Genomverdopplung durchlaufen hat, wie sie bei zahlriechen Wirbeltieren dazu führte, dass diese größer wurden“, stellen die Atoren der aktuellen Studie erstaunt fest. „Wie die Riesenkalmare also ihre monströse Größe erlangten – die Frage könne also nur durch weitere Untersuchungen des Genoms der Tiere beantwortet werden.“

„Das Genom stellt einen ersten Schritt zur Beantwortung zahlreicher Fragen über die Biologie der Kopffüßer dar“, erläutert Albertin. Zu diesen Fragen gehört auch, wie die Riesenkalmare und andere Cephalopoden die größten und komplexesten Gehirne unter allen Wirbellosen entwickeln konnten oder auch die Frage nach ihrem hochentwickelten Verhalten und Wendigkeit, sowie ihrer unglaublichen Fähigkeit sich zu tarnen. „Während Cephalopoden zahlreiche und komplexe Merkmale besitzen, gehen Wissenschaftler davon aus, dass sie sich unabhängig von den Wirbeltieren entwickelt haben. Wenn wir nun also ihr Genom mit dem von Wirbeltieren vergleichen, so können wir sehr viel besser danach fragen, ob Kopffüßer und Wirbeltiere auf die gleiche Weise aufgebaut sind oder nicht.“

Im Genom der Riesenklamare identifizierten die Genetiker auch mehr als 100 Gene aus der Familie der Protocadherine, die als wichtig für die Entwicklung und Vernetzung komplizierter Gehirne gelten und die bislang nur selten bei Wirbellosen gefunden werden. Von dieser Genfamilie gingen viele Wissenschaftler deshalb bislang davon aus, dass sie sozusagen alleine von den Wirbeltieren erfunden wurden. Die Autoren der aktuellen Studie sehen in dem Nachweis dieser Gene im Genom des Riesenkalmars einen Schlüssel zum Verständnis des komplexen Gehirns der untersuchten Riesenklamare und anderer Cephalopoden.

Ebenfalls mit anderen Kopffüßern gemein, hat der Riesenkalmar Gene für spezielle Proteine, die sogenannte Reflectine. Diese wurden bislang tatsächlich nur bei Kopffüßern gefunden. Forscher vermuten, dass sie eine Rolle für den Effekt des Irisierens spielen könnten. Hierbei handelt es sich um ein optisches Phänomen, bei dem die Körperoberfläche der Tiere in schillernden Farben zu schimmern scheint: „Farben sind ein wichtige für die Tarnung. Wir versuchen deshalb mehr über die Funktion dieser Genfamilie zu erfahren.“

Jetzt, wo das Genom des Riesenklamars vorliege, stehe man an einem wichtigen Punkt im Verständnis der Frage, was Kopffüßer zu Kopffüßern mache. „Das kann uns dann auch dabei behilflich sein, besser zu verstehen, wie neue Gene innerhalb der Evolution entstehen und sich entwickeln“, so die Forscherinnen abschließend.

Zum Thema

Schon 2013 offenbarte eine erste Genanalyse durch Forscher um Tom Gilbert von der Universität Kopenhagen, dass alle untersuchten Exemplare – obwohl sie von überall auf der Welt (Australien, Neuseeland, Japan, Spanien, Portugal, USA und Irland) zur Verfügung gestellt wurden, genetisch derart eng miteinander verwandt waren, dass es sich um eine einzige globale Population zu handeln scheint. Diese Einsicht widerspricht jedoch der Vorstellung von der jeweils regionalen Anpassung weltweit vorkommender Arten. Diese scheint es bei Riesenkalmaren nicht zu geben, da sich offenbar keine Untergruppen in den verschiedenen Meeren etabliert haben. „Als Erklärung vermuten wir, dass die erwachsenen Exemplare auf geografisch vergleichsweise recht engem Raum leben, dass aber junge Exemplare noch als Eier oder Larven relativ nah an den Meeresoberflächen mit den Strömungen weltweit verteilt werden“, erläutert Gilbert. „Erreichen sie dann ein bestimmtes Alter und damit eine bestimmte Größe, um in der Tiefsee zu überleben, dann suchen sie die nächstgelegenen geeigneten Tiefseegewässer auf, wo dieser Kreislauf erneut beginnt (…GreWi berichtete).“