Regeln der Evolution getrotzt: Wilde Galapagos-Tomaten entwickeln sich zurück

Arten entwickeln sich im Allgemeinen weiter. Auf den jüngeren Inseln mit schwarzem Gestein des zu Ecuador gehörenden Galápagos-Archipels jedoch gehen wilde Tomaten den umgekehrten Weg. Eine Studie von Forschern der University of California in Riverside, USA, und des Weizmann Institute of Science in Israel, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, hat festgestellt, dass diese Tomatensorte zu einem primitiveren genetischen Zustand zurückkehrt, der alte chemische Abwehrmechanismen wiederbelebt. Die Frucht, die von südamerikanischen Vorfahren abstammt, die wahrscheinlich von Vögeln eingeschleppt wurden, begann still und leise einen giftigen Molekülcocktail zu produzieren, der seit Millionen von Jahren nicht mehr gesehen wurde – und der Verbindungen ähnelt, die in Auberginen, nicht aber in modernen Tomaten vorkommen. Diese unerwartete Entwicklung wird von dem beteiligten Team in einem kürzlich in Nature Communications veröffentlichten Artikel als möglicher Fall von „Rückentwicklung” beschrieben, einem umstrittenen Begriff. Denn Evolution sollte keinen Rückwärtsgang haben – sie wird in der Regel als einseitiger Marsch in Richtung Anpassung gesehen, nicht als Kreislauf zurück zu verlorenen Eigenschaften. „Das ist nicht etwas, was wir normalerweise erwarten”, sagte Adam Jozwiak, Molekularbiologe an der UC Riverside und Hauptautor der Studie, in einer Erklärung. „Aber hier ist es, es geschieht in Echtzeit, auf einer Vulkaninsel.”

Tomaten gehören zur Familie der Nachtschattengewächse, zu der unter anderem auch Kartoffeln und Auberginen gehören. Sie produzieren Alkaloide, bittere Moleküle, die als eingebaute Pestizide wirken und Insekten, Pilze und Weidetiere abwehren – und die in hohen Konzentrationen für Menschen giftig sind. Im Fall der Galapagos-Tomaten produzieren sie die falschen Alkaloide, oder zumindest solche, die seit den Anfängen der Evolution dieser Art nicht mehr vorkamen. Die Forscher machten diese Entdeckung, als sie mehr als 30 Proben aus verschiedenen geografischen Regionen der Insel analysierten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Pflanzen im östlichen Teil die gleichen bitteren Moleküle produzieren wie die heute angebauten Tomaten. Die Pflanzen im westlichen Teil hingegen produzieren eine andere Version, deren molekularer Fingerabdruck an die Verwandten der Aubergine vor Millionen von Jahren erinnert. Den Forschern zufolge lässt sich dieser Unterschied auf die Stereochemie zurückführen, also die Art und Weise, wie Atome im dreidimensionalen Raum angeordnet sind – zwei Moleküle können genau die gleichen Atome enthalten, sich aber je nach Anordnung dieser Atome völlig unterschiedlich verhalten.

Um zu verstehen, wie die Tomaten diesen Wechsel vollzogen haben, untersuchte das Team die Enzyme, die diese Alkaloidmoleküle aufbauen. Die Antwort lautete, dass die Veränderung von nur vier Aminosäuren in einem einzigen Enzym ausreichte, um die Struktur des Moleküls vom modernen zum ursprünglichen zu verändern. Dies wurde durch die Synthese der Gene, die die Enzyme kodieren, im Labor und deren Einfügung in Tabakpflanzen nachgewiesen, die sofort begannen, die alten Verbindungen zu produzieren. Die Forscher vermuten, dass die Umgebung auf den jüngeren Inseln, wo die Landschaft karger und der Boden weniger entwickelt ist, die Umkehrung vorantreibt. „Möglicherweise bietet das ursprüngliche Molekül unter den raueren Bedingungen im Westen einen besseren Schutz“, kommentierte Jozwiak. Um die Richtung der Veränderung zu überprüfen, führte das Team anschließend eine Art Evolutionsmodellierung durch, bei der moderne DNA verwendet wird, um die Merkmale längst ausgestorbener Vorfahren zu rekonstruieren. Die Tomaten auf den jüngeren Inseln entsprachen dem, was diese Vorfahren wahrscheinlich produziert hatten.

Mechanismus möglicherweise nicht auf Pflanzen beschränkt

Obwohl das Wiederauftreten alter Merkmale bei Schlangen, Fischen und sogar Bakterien dokumentiert wurde, ist es laut den Beteiligten selten so eindeutig oder chemisch präzise. „Einige Leute glauben das nicht“, betonte Jozwiak. „Aber die genetischen und chemischen Beweise deuten auf eine Rückkehr zu einem ursprünglichen Zustand hin. Der Mechanismus ist vorhanden. Es ist passiert.” Er fügte hinzu, dass diese Art von Veränderung möglicherweise nicht auf Pflanzen beschränkt ist. „Ich denke, es könnte auch beim Menschen passieren. Nicht innerhalb von ein oder zwei Jahren, aber mit der Zeit vielleicht, wenn sich die Umweltbedingungen ausreichend verändern.” Er fügte hinzu: „Wenn wir nur ein paar Aminosäuren verändern, können wir ein völlig anderes Molekül erhalten. Dieses Wissen kann uns helfen, neue Medikamente zu entwickeln, eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Schädlinge zu erreichen oder sogar weniger giftige Produkte herzustellen. Aber zuerst müssen wir verstehen, wie die Natur das macht. Diese Studie ist ein Schritt in diese Richtung.“