Die Evolution des Auges: Eine Lösung für Darwins Dilemma

Wissenschaftler führen Nachweis zur Entstehung des menschlichen Auges

Kritiker der darwinschen Evolutionstheorie nehmen häufig das Auge ins Visier. Darwin selbst hatte einräumen müssen, es sei „absurd“ anzunehmen, das menschliche Auge, dieses „Organ von höchster Perfektion und Kompliziertheit“, sei durch spontane Mutation und natürliche Auslese entstanden. Wohl jedoch, so seine Rechtfertigung, würde sich eine Lösung finden lassen, „wenn es gelänge, die Existenz mehrerer Entwicklungsstufen von einem einfachen, unvollendeten zu einem komplexen, perfekten Auge nachzuweisen.“ Mit einer evolutionsbiologischen Unter-suchung kommen Wissenschaftler des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) in der aktuellen Ausgabe von Science nun bei der Lösung dieses Dilemmas der Evolutionstheorie einen großen Schritt voran: Sie erklären den evolutionären Ursprung des menschlichen Auges.

Wissenschaftler der Forschungslabors von Detlev Arendt und Jochen Wittbrodt entdeckten die überraschende Herkunft der lichtempfindlichen Sinneszellen: Die Zapfen und Stäbchen in der Augennetzhaut entstammen einer urzeitlichen Population lichtempfindlicher Zellen, die ursprünglich im Gehirn angesiedelt waren.

„Dass Zellen des menschlichen Auges dem Gehirn entstammen, ist nicht neu. In unserem Gehirn nehmen bis heute lichtempfindliche Zellen Helligkeit wahr und beeinflussen unseren Tagesrhythmus,“ erläutert Wittbrodt. „Die Entstehung des menschlichen Auges aus lichtempfindlichen Zellen im Gehirn ist ohne weiteres vorstellbar. Im Verlauf der Evolution haben sich die lichtempfindlichen Gehirnzellen als Augen ausgestülpt und sind zu den Sehzellen des menschlichen Auges geworden.“

In frühen, tierischen Vorfahren des Menschen entdeckten die Wissenschaftler zwei Arten lichtempfindlicher Zellen: Rhabdomere und ziliäre Lichtsinneszellen. Während sich bei den meisten Tierarten die Rhabdomerzellen zu Augenzellen entwickelten, die ziliären Lichtsinneszellen hingegen ihren Platz im Gehirn nicht verließen, verlief die Evolution des Auges beim Wirbeltier und Menschen anders: Hier fiel den ziliären Lichtsinneszellen die Rolle der Sehzellen zu, als Zapfen und Stäbchen in der Retina.

Wie nun sind die EMBL-Forscher der Lösung dieses Evolutionsrätsels auf die Spur gekommen?

Indem sie ein ’lebendes Fossil’ untersuchten: Platynereis dumerilii, einen Meereswurm, der bis heute frühen Vorläufern gleicht, die vor bis zu 600 Millionen Jahren lebten. Adriaan Dorresteijn von der Universität Mainz hatte Aufnahmen vom Gehirn dieses Wurms gemacht. „Beim Betrachten dieser Bilder,“ erinnert sich Arendt, „fiel mir auf, dass die Gehirnzellen des Wurms in ihrer Form den Zapfen und Stäbchen im menschlichen Auge glichen. Seitdem ließ mich der Gedanke an einen möglichen gemeinsamen Ursprung dieser beiden lichtempfindlichen Zellen nicht mehr los.“

Arendt und Wittbrodt testeten ihre Hypothese mit Hilfe eines neuen Instruments der modernen evolutions-biologischen Forschung: Der „molekulare Fingerabdruck“ ist eine unverwechselbare Molekülkombination in einer spezifischen Zelle. Stimmen die molekularen Fingerabdrücke in Zellen zweier Spezies überein, haben sich beide Zellen mit großer Wahrscheinlichkeit aus einer gemeinsamen Vorläuferzelle entwickelt.

Den entscheidenden Nachweis für die Stichhaltigkeit der Arendt’schen Hypothese lieferte Wissenschaftlerin Kristin Tessmar-Raible. Unterstützt von ihrer Kollegin Heidi Snyman bestimmte sie den molekularen Fingerabdruck der Gehirnzellen des Wurms. Sie fand ein Opsin, ein lichtempfindliches Molekül, das dem Opsin in den Zapfen- und Stäbchenzellen des Menschen auffallend ähnlich war. „Als ich diese Moleküle in den Gehirnzellen von Platynereis fand, war klar, dass diese Zellen und die Zapfen und Stäbchen der Wirbeltiere einen identischen molekularen Fingerabdruck haben – ein deutlicher Hinweis auf einen gemeinsamen evolutionären Ursprung. Damit hatten wir ein großes Rätsel der Evolution des menschlichen Auges, nämlich die Herkunft der Lichtsinneszellen, gelöst.“