„Der Mensch hat zu wenig Gene als das Biologie einen großen Einfluss auf ihn haben könnte“

Das Human Genome Projekt hatte sich der Entschlüsselung unserer DNA verschrieben:

Das Humangenomprojekt (HGP, engl. Human Genome Project) war ein internationales Forschungsprojekt. Es wurde im Herbst 1990 mit dem Ziel gegründet, das Genom des Menschen vollständig zu entschlüsseln, d. h. die Abfolge der Basenpaare der menschlichen DNA auf ihren einzelnen Chromosomen durch Sequenzieren zu identifizieren. Das menschliche Genom enthält die Gesamtheit der vererbbaren Informationen. Mit den Basenpaaren seiner DNA codiert es unter anderem alle Proteine. Die vollständige Sequenzierung des Genoms bildet die Grundlage für die Erforschung vieler biologischer Prozesse

Einer der unerwarteten Ergebnisse war, dass das menschliche Genom nur etwa 22.000 – 30.000 Gene enthält. 22.000 Gene, das ist ungefähr die gleiche Anzahl, die auch eine Maus hat.

Sofort begannen bestimmte Richtungen dies für ihre Vorstellungen vom Menschen nutzbar zu machen: Sie sahen darin den eindeutigen Beleg, dass ein „genetischer Determinismus“ unmöglich ist. Der Mensch müsse quasi einen freien Willen haben, denn alles andere wäre viel zu kompliziert um es in so wenig Genen unterbringen zu können. Endlich war ein in ihren Augen eindeutiger Beweis dafür gefunden, dass die Biologie eine untergeordnete Rolle spielen muss!

Eine tatsächliche Begründung dafür, warum zum einen vollkommen freies Denken weniger Gene erfordert und ab wie vielen Genen man einen biologischen Einfluss erwarten konnte erfolgte meines Wissens nach nicht. Es reichte der Gedanke, dass 22.000 Gene jedenfalls nicht die Komplexheit menschlichen Denkens, sehr wohl aber anscheinend die Komplexheit eines Denkapparates, der ohne solche biologischen Impulse auskommt, erklären konnten.

Das allein erscheint mir bereits ein gewagter Schluss. Aus dem Nichts eine Sprache zu erlernen ist sicherlich einfacher, wenn man eine „Ur-Grammatik“ einspeichert als wenn man einen Denkapparat errichtet, der das ohne diese Zusatzdaten kann. Im Vergleich dazu, dass man überhaupt ein Gehirn errichtet erscheinen mir die zusätzlichen Daten für gewisse Denkvorgänge eher gering. Natürlich wollte ein Teil diesen Umstand auch schlicht umgehen, indem eben eine nichtgenetische Seele die Differenz ausmachen sollte, aber auch Philosophen haben sich diese Ansicht zunutze gemacht.

Aber viel schwerwiegender ist, dass es von falschen Voraussetzungen ausgeht. Das Genom ist eben kein Bauplan, sondern ein Wachstumsplan, der auch nicht schlicht abgearbeitet wird, sondern eher einer Programmierung gleicht, bei der auf bestimmte Programmteile immer wieder zurückgegriffen wird, ohne das diese jedesmal neu ausgeführt werden müssen.

Ich hatte das hier schon einmal dargestellt:

Dabei ist ein weiteres Element, dass wir Steuergene („Hox-Gene„) haben, die teilweise in einer Art Baukastensystem weitere Elemente auswählen können. Das bedeutet, dass wir beispielsweise für das Wachsen eines weiteren Fingers an einer Hand keinen kompletten Bauplan für den sechsten Finger benötigen, sondern nur einen Wachstumsplan, der etwas vereinfacht besagt „Spalte dich im Wachstum nicht 5 mal, sondern 6 mal ab und benutze dann den bei allen 6 Abspaltungen den Bauplan für das Modul „Finger“. Über weitere Abspaltungsregelungen in den Hoxgenen einen Ebene tiefer kann man dann Wachstumsregeln für diese Finger festlegen. Eine Mutation hin zu einem sechsten Finger muss daher gar nicht so groß sein, sie muss „nur“ den Stellwert betreffen.

Eine ähnliche Mutation hat die Schlange durchgemacht. Die Schlange hat im Prinzip einen stark verlängerten Oberkörper, bei dem immer neue Brustwirbel nachgefolgt sind, weil der Bauplan für diese immer wieder neu aufgerufen wurde. Die Steuerung des Wachstums kann dabei nach verschiedensten Kriterien erfolgen. „Wachse bis du auf X stößt“ oder „Wachse, bis eine bstimmte Konzentration eines gleichzeitig erfolgten Stoffs erfolgt ist“ sind zB denkbare Vorgaben.

Für das weitere Verständnis ist es auch wichtig zu verstehen, dass Gene Abschnitte der DNA sind, die aus Basenpaaren bestehen. Die Anzahl der Basenpaare pro Gen schwankt dabei stark und kann zB bei 2.500.000 oder 14.000 bestehen. Es ist also durchaus Platz für „Ausführungsanweisungen“. Auch können auf diese Weise ganz neue „Sätze“ aus den vorhandenen „Wörtern“ gebildet werden, etwa in dem ein Ablesevorgang erst bei 1, 3,2, 4, 5 abliest und dann bei 3,3,3,3,7 weitermacht.

Kurz gesagt: Das menschliche Genom ist enorm komprimiert und sehr platzsparend.

Das unterscheidet es beispielsweise von einigen pflanzlichen Genomen, die weitaus mehr Wiederholungen haben und deshalb sehr groß sind.

Der Gedanke, dass man mit einem Genom dieser Größe nicht der Biologie unterliegen darf verwundert auch bereits deswegen, weil Schimpansen (Pan troglodytes) lediglich etwas weniger Gene haben als der Mensch, siehe zB diese Übersicht, bei der für den Menschen 22.287 Gene und für den Schimpansen 21.506 Gene angenommen werden. Hier werden wohl wenige bestreiten, dass er der Biologie unterliegt und er zeigt viele Gemeinsamkeiten zum Menschen in vielen biologischen Grundlagen, etwa bei der sexuellen Selektion auf Status als Attraktivitätsmerkmal. Vieles im Genom des Schimpansen ist sehr vergleichbar mit dem unseren, nur das wir eben zB Bereiche wie das Großhirn weiter ausgebaut haben. Diese „biologische Kränkung“ dürfte aber auch wesentlich dazu beigetragen haben, dass genau dies als nicht möglich angesehen wird.

Eine gute Stellungnahme dazu findet sich auch bei Dawkins in dem Buch „The Ancestor´s Tale“ („Geschichten vom Ursprung„). Er nimmt hier eine „Fiktive Reise“ vor, an der er sich zu unseren genetischen Vorfahren begibt bzw. zu „Mitreisenden“ auf dem Weg zum Menschsein und anhand dieser dann bestimmte evolutionäre und biologische Darstellungen vornimmt. Das Problem wird dabei in der Geschichte der Maus aufgegriffen (weil eben eingewandt worden ist, dass der Mensch mehr Gene als eine Maus haben muss).

Two things about these recently sequenced genomes have sparked unwarranted surprise. The first is that mammal genomes seem rather small: of the order of 30,000 genes or maybe even less. And the second is that they are so similar to each other. Human dignity seemed to demand that our genome should be much larger than that of a tiny mouse. And shouldn’t it be absolutely larger than 30,000 genes anyway? This last expectation has led people, including some who should know better, to deduce that the ‚environment‘ must be more important than we thought, because there aren’t enough genes to specify a body. That really is a breathtakingly naive piece of logic. By what standard do we decide how many genes you need to specify a body? This kind of thinking is based on a subconscious assumption which is wrong: the assumption that the genome is a kind of blueprint, with each gene specifying its own little piece of body. As the Fruit Fly’s Tale will tell us, it is not a blueprint, but something more like a recipe, a computer program, or a manual of instructions for assembly. If you think of the genome as a blueprint, you might expect a big, complicated animal like yourself to have more genes than a little mouse, with fewer cells and a less sophisticated brain. But, as I said, that isn’t the way genes work. Even the recipe or instruction-book model can be misleading unless it is properly understood. My colleague Matt Ridley develops a different analogy which I find beautifully clear, in his book Nature via Nurture. Most of the genome that we sequence is not the book of instructions, or master computer program, for building a human or a mouse, although parts of it are. If it were, we might indeed expect our program to be larger than the mouse’s. But most of the genome is more like the dictionary of words available for writing the book of instructions — or, we shall soon see, the set of subroutines that are called by the master program. As Ridley says, the list of words in David Copperfield is almost the same as the list of words in The Catcher in the Rye. Both draw upon the vocabulary of an educated native speaker of English. What is completely different about the two books is the order in which those words are strung together. When a person is made, or when a mouse is made, both embryologies draw upon the same dictionary of genes: the normal vocabulary of mammal embryologies. The difference between a person and a mouse comes out of the different orders with which the genes, drawn from that shared mammalian vocabulary, are deployed, the different places in the body where this happens, and its timing. All this is under the control of particular genes whose business it is to turn other genes on, in complicated and exquisitely timed cascades. But such controlling genes constitute only a minority of the genes in the genome.

Don’t misunderstand ‚order‘ as meaning the order in which the genes are strung out along the chromosomes. With notable exceptions, which we shall meet in the Fruit Fly’s Tale, the order of genes along a chromosome is as arbitrary as the order in which words are listed in a vocabulary — usually alphabetical but, especially in phrase books for foreign travel, sometimes an order of convenience: words useful in airports; words useful when visiting the doctor; words useful for shopping, and so on. The order in which genes are stored on chromosomes is unimportant. What matters is that the cellular machinery finds the right gene when it needs it, and it does this using methods that are becoming increasingly understood. In the Fruit Fly’s Tale, we’ll return to those few cases, very interesting ones, where the order of genes arranged on the chromosome is non-arbitrary in something like the foreign phrase-book sense. For now, the important point is that what distinguishes a mouse from a man is mostly not the genes themselves, nor the order in which they are stored in the chromosomal ‚phrase-book‘, but the order in which they are turned on: the equivalent of Dickens or Salinger choosing words from the vocabulary of English and arranging them in sentences. In one respect the analogy of words is misleading. Words are shorter than genes, and some writers have likened each gene to a sentence. But sentences aren’t a good analogy, for a different reason. Different books are not put together by permuting a fixed repertoire of sentences. Most sentences are unique. Genes, like words but unlike sentences, are used over and over again in different contexts.

A better analogy for a gene than either a word or a sentence is a toolbox subroutine in a computer. The computer I happen to be familiar with is the Macintosh, and it is some years since I did any programming so I am certainly out of date with the details. Never mind — the principle remains, and it is true of other computers too. The Mac has a toolbox of routines stored in ROM (Read Only Memory) or in System files permanently loaded at start-up time. There are thousands of these toolbox routines, each one doing a particular operation, which is likely to be needed, over and over again, in slightly different ways, in different programs. For example the toolbox routine called ObscureCursor hides the cursor from the screen until the next time the mouse is moved. Unseen to you, the ObscureCursor ‚gene‘ is called every time you start typing and the mouse cursor vanishes. Toolbox routines lie behind the familiar features shared by all programs on the Mac (and their imitated equivalents on Windows machines): pulldown menus, scrollbars, shrinkable windows that you can drag around the screen with the mouse, and many others. The reason all Mac programs have the same ‚look and feel‘ (that very similarity famously became the subject of litigation) is precisely that all Mac programs, whether written by Apple, or by Microsoft, or by anybody else, call the same toolbox routines. If you are a programmer who wishes to move a whole region of the screen in some direction, say following a mouse drag, you would be wasting your time if you didn’t invoke the ScrollRect toolbox routine. Or if you want to place a check mark by a pulldown menu item, you would be mad to write your own code to do it. Just write a call of Checkltem into your program, and the job is done for you. If you look at the text of a Mac program, whoever wrote it, in whatever programming language and for whatever purpose, the main thing you’ll notice is that it consists largely of invocations of familiar, built-in toolbox routines. The same repertoire of routines is available to all programmers. Different programs string calls of these routines together in different combinations and sequences.

The genome, sitting in the nucleus of every cell, is the toolbox of DNA routines available for performing standard biochemical functions. The nucleus of a cell is like the ROM of a Mac. Different cells, for example liver cells, bone cells and muscle cells, string ‚calls‘ of these routines together in different orders and combinations when performing particular cell functions including growing, dividing, or secreting hormones. Mouse bone cells are more similar to human bone cells than they are to mouse liver cells — they perform very similar operations and need to call the same repertoire of toolbox routines in order to do so. This is the kind of reason why all mammal genomes are approximately the same size as each other — they all need the same toolbox. Nevertheless, mouse bone cells do behave differently from human bone cells; and this too will be reflected in different calls to the toolbox in the nucleus. The toolbox itself is not identical in mouse and man, but it might as well be identical without in principle jeopardising the main differences between the two species. For the purpose of building mice differently from humans, what matters is differences in the calling of toolbox routines, more than differences in the toolbox routines themselve

Gene sind insofern kompliziert, verschachtelt, sie werden unter bestimmten Bedingungen anders ausgeführt als sonst, sie schichten nicht einfach eine Zelle auf die andere, bis der Mensch fertig ist, sondern das Wachstum ist ein komplizierter Prozess, der einer ebenso komplizierten Steuerung unterliegt. Einfach auf die Zahl der Gene abzustellen und damit dann ohne wirkliche Begründung biologische Einflüsse abzulehnen ist insofern unseriös.