Epigeneum - Die Ausstellung im Zoo

Epigenetik ist ein neues Forschungsfeld, das nicht nur Menschen, sondern auch Pflanzen und Tiere betrifft. Folgende Beispiele sollen das verdeutlichen.

Junge oder Mädchen?

Epigenetik ist, wenn die Temperatur bestimmt, ob es Junge oder Mädchen wird.

Bei Babys wird das Geschlecht über Geschlechtschromosomen festgelegt, die vom Vater “mitgegeben” werden. Bei vielen Tieren ist das Geschlecht bei der Befruchtung noch nicht festgelegt - bei Schildkröten zum Beispiel. Die Eier werden im Sand abgelegt. Nun ist die Temperatur bei der Brut entscheidend – ist es etwas wärmer, werden es Schildkröten-Mädchen, ist es etwas kälter, werden es Jungs. Bei Krokodilen ist es andersrum. Verschiedene Temperaturen aktivieren oder blockieren verschiedene Erbgutbereiche, die für die Ausprägung des Geschlechts zuständig sind. Diesen Mechanismus, bei dem durch Umweltfaktoren die „Nutzung“ des Erbgutes bestimmt wird, nennt man Epigenetik.

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Wer ist der Boss?

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Epigenetik ist, wenn der Körperbau sich im Laufe des Lebens verändert.

Geparden sind bekannt als die flinksten Läufer. Aber sie haben noch einige andere Besonderheiten in ihren Lebensgewohnheiten. Das Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung erforscht sie seit fast 20 Jahren in Namibia. Eine Erkenntnis war, dass es Männchen ohne eigenes Territorium gibt und solche, die ein Territorium „beherrschen“. Auffällig ist, dass sich beide im Körperbau unterscheiden. Erobert im Lebenszyklus ein Männchen ein Territorium, verändert sich auch deutlich sein Körperbau, es wird danach kräftiger und robuster. Wie die verschiedentliche Nutzung des Erbgutes dabei eine Rolle spielt, wird derzeit erforscht.

 

Das "Hamsterrad"

Epigenetik ist, wenn die Hamsterin bei Licht Frühlingsgefühle bekommt.

Frühling! Hamster, Maus, Feldhase und Co. gebären, wenn die erste Nahrung in der Natur zur Verfügung steht. Doch woher wissen sie, wann es soweit ist? Zumal sie ja oft schon Junge im Bauch tragen, wenn der Frühling kaum zu sehen ist? Die biologische Uhr wird von der Tageslichtlänge bestimmt. An dunklen Tagen wird mehr Melatonin produziert. Dadurch nimmt „das Schutzschild des Erbgutes“ (die Methylierung) an bestimmten Erbgutabschnitten ab und ein Eiweiß wird produziert, das die Keimzellen der Tiere in den Ruhezustand versetzt. Dieser epigenetische Mechanismus kehrt sich im Frühling um.

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Von Null auf Hundert in 100 Tagen

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Epigenetik ist, wenn Hirschen in jedem Frühling ein neues Geweih wächst.

Wenn Hirschen in jedem Frühling ein neues Geweih wächst, werden Zellen an der Geweihbasis reprogrammiert. Dadurch entstehen neue Stammzellen, die in der Lage sind, sich häufig zu teilen und zu vervielfältigen. Sogenannte epigenetische Mechanismen werden „angeschaltet“, die dem Erbgut sagen, wann welche Gene benötigt werden. Aus Stammzellen wächst das neue 10kg schwere Geweih in rasender Geschwindigkeit.

Fressen oder gefressen werden

Epigenetik ist, wenn Kinder schon im Mutterleib lernen.

Tom und Jerry, Katz und Maus. Mäuse rennen weg vor Katzen und sind im echten Leben selten so mutig wie Jerry. Woher wissen sie, dass sie wegrennen müssen? Bei Mäusen wurde gezeigt: Riecht die Mutter immer wieder den Geruch von Feinden, überträgt sie ihre Furcht offenbar per Prägung auf die im Mutterleib heranreifenden Nachkommen: der Stress der Mutter wird quasi „auf das Nutzungsmuster“ des kindlichen Erbgutes übertragen – das nennt man Epigenetik. Dadurch wird die Stressregulation des Nachwuchses zeitlebens verändert: Gejagte rennen vor Jägern schon weg, bevor sie diese zum ersten Mal gesehen haben.

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Alles auf Links

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Epigenetik ist, wenn manche Menschen alles mit links machen.

Links oder rechts? Mit welcher Hand haben Sie den Wasserhahn aufgedreht? In früheren Zeiten wurde Linkshändern ihr “schlechtes Benehmen” abgewöhnt - meist erfolglos. Schon Babys im Mutterleib haben eine Vorliebe für die Bewegung der linken oder rechten Hand. Vermutlich legt sich bereits in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung im Mutterleib fest, ob es eher ein Links- oder Rechtshänder wird. Dafür sind „Schalter“ für die Nutzung des Erbgutes im Rückenmark verantwortlich. Die ungleiche Aktivierung der – epigenetischen - Schalter legt die ungleiche Bewegungsfähigkeit der Arme langfristig fest.

Alles neu macht der Mai

Epigenetik ist, wenn Blumen wissen, wann es Zeit ist zu blühen.

Auch Pflanzen sind sensorische Wesen, die nicht nur stumpf in ihrer Umgebung herumstehen, sondern Dinge „wahrnehmen“. So merken sie, wenn die Tage länger und das Licht stärker wird. Besonders die Tageslichtlänge ist ein entscheidender Faktor, der Pflanzen zur richtigen Jahreszeit zum Blühen bringt. Möglich wird das dadurch, dass über Signalkaskaden in den Pflanzenzellen Erbgutabschnitte aktiviert werden, die vorher geruht haben, ein Mechanismus, den man Epigenetik nennt.

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

So jung sind wir nie wieder

Epigenetik ist, wenn das Altern etwas verlangsamt werden kann.

Lucy, die Steinzeitfrau, wurde nur 30 Jahre alt. Freuen Sie sich! Ihre Lebenserwartung liegt bei etwa 80 Jahren! Doch uns allen ist keine ewige Jugend geschenkt. Wissenschaftler*innen können den Stand der biologischen Uhr eines Menschen, der “Horvarths clock”, relativ genau bestimmen. Das “Schutzschild” des Erbgutes (das Methylierungsmuster) nimmt im Laufe des Lebens ab. Die Lebensmelodie wird vielfältiger und die “Tasten der Klaviatur des Erbgutes” (bestimmte Bereiche des Erbgutes) liegen frei. So können “falsche Informationen” abgelesen werden oder fehlen, wir altern und bestimmte Krankheiten können entstehen. Verhindern lässt sich das Altern also nicht - aber verlangsamen!

Ein königliches Mahl!

Epigenetik ist, wenn Gelee Royale die Königin macht.

Gelee Royale ist ein wirklich königliches Mahl: es macht eine durchschnittliche Bienenlarve zur Bienenkönigin. Zur Königin wird man nicht geboren – zur Königin wird man gefüttert. Ohne Gelee Royale entstehen Arbeitsbienen und Drohnen. Gelee Royale wirkt auf das Erbgut der Bienenlarve so, dass Erbgutabschnitte benutzt werden, die die Königin zur Königin werden lassen – die Biene wird größer und fruchtbar und zeigt königliches Verhalten. Einfluss auf diese Schalter am Erbgut hat Gelee Royale aber nur bei Bienenlarven. Wenn das Erbgut in Lebewesen durch Ernährungsunterschiede unterschiedlich aktiviert wird, dann wir das Epigenetik genannt.

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

It's hot Baby!

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Epigenetik ist, wenn die Söhne bei Geburt schon an das Klima gewöhnt sind.

Wilde Meerschweinchen leben in Südamerika - und auch da wandeln sich Klima und Lebensräume. Können Wildtiere auf veränderte Lebensbedingungen reagieren und wenn ja, wie geht das und wie schnell? Man weiß, dass Änderungen am Erbgut an sich eher selten sind. Am Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung wurden Meerschweinchen-Väter wärmeren Umweltbedingungen ausgesetzt. Ihre Söhne hatten das gleiche epigenetische Muster, die Gebrauchsanweisung für die Nutzung des Erbgutes, für den Umgang mit erhöhten Temperaturen.

Was essen Sie denn gerade?

Epigenetik ist, wenn die Nahrung mit dem Erbgut "spricht".

Wussten Sie schon, dass Ihre Mahlzeit direkt zu ihrem Erbgut „spricht“? Tatsächlich ist ihre Ernährung einer der wichtigsten Faktoren dafür, wie das Erbgut in ihrem Körper „genutzt“ wird. Ihr Essen kann bewirken, dass bestimmte „Schalter“ an Ihrem Erbgut an oder aus geschaltet werden und bestimmte Erbgutabschnitte genutzt werden oder „stumm“ bleiben. Zum einen liefert das Essen die Bestandteile, die die Funktion der „Schalter“ gewährleistet oder die Bauteile der „Schalter“ (z.B. in Folsäure) mit – Moleküle, die Methylgruppen genannt werden. Das A und O, um hier „alles richtig“ zu machen, ist also gesunde, frische, regelmäßige Ernährung – Lebensmittel statt nur Nahrungsmittel. Lassen Sie es sich schmecken!

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Eine wundersame Wandlung

Epigenetik
Zeichnung: Lisa Giese

Epigenetik ist, wenn die Raupe sich als Schmetterling entpuppt.

Schmetterlinge sind wunderschön und es gibt unzählige Arten davon. Dabei sehen ihre jugendlichen Stadien – die Raupen – häufig eher unscheinbar aus. Bei manchen ist es aber auch andersherum. Haben sie sich schon einmal klar gemacht, dass eine jugendliche Raupe den genau identischen Erbgutsatz hat wie der spätere Schmetterling? Während der Metamorphose im Puppenstadium wird aus einem Wesen ein komplett anders aussehendes dem jedoch genau der gleiche Bausatz zugrunde liegt. Während dieser zielgerichteten Entwicklung werden Erbgutabschnitte unterschiedlich benutzt, so dass am Ende etwas anderes herauskommt – ein Mechanismus, den man Epigenetik nennt.