Gefühle haben in der abendländischen Kultur nicht den besten Ruf. Die Missachtung lässt sich bis in die Antike zurückverfolgen. Von Platon über Aristoteles bis hin zu den Aufklärern galt die Vernunft als überlegene Instanz – die Gefühle wurden dagegen als eher primitiv, dumm, tierisch, unzuverlässig und gefährlich abgetan. Aristoteles definierte den Menschen als animal rationale. Und das Universalgenie Gottfried Wilhelm Leibniz urteilte noch Jahrhunderte später, durch Gefühle würden wir “verdunkelt und unvollkommen”.

Diese Einschätzung der Gefühle hat in den vergangenen 20 Jahren einen radikalen Wandel erfahren. Neurologen kommen mittlerweile zu dem Schluss, dass Gefühle nicht etwa dumm und primitiv sind, sondern ihre eigene Form von Intelligenz besitzen.
Gefühle machen uns auch nicht zu unvollkommenen Wesen, sondern umgekehrt – unvollkommen wären wir ohne sie. Kurz: Ohne Emotionen wäre der Mensch kein Mensch.
Unsere Emotionen sind wie ein Kompass. Sie zeigen uns, in welche Richtung wir handeln sollen. Sie lassen uns spüren, was gut und was schlecht für uns ist, und lenken uns so durchs Leben.

Wenn man Menschen, die durch Unfälle oder Operationen beschädigte Stirnlappen des Großhirns vorweisen, Bilder von brennenden Häusern und ertrinkenden Menschen vorlegt, bleiben diese Personen vollkommen regungslos. Offenbar waren mit der Operation Hirnareale zerstört worden, die für die emotionale Wahrnehmung und Bewertung wichtig sind.
Es hat zahlreiche Versuche gegeben, Gefühle in ein Schema von “Grundgefühlen” zu ordnen – einig sind sich die Forscher darüber aber bis heute nicht. Ein Pionier auf diesem Gebiet, der US-Psychologe Paul Ekman, geht von 15 “Basisemotionen” aus; zu ihnen gehörten unter anderem Angst, Verachtung, Ekel, Freude, Ärger, Zufriedenheit, Verlegenheit, Aufgeregtheit, Schuldgefühl, Erleichterung, Trauer, Scham.
Diese Grundgefühle, sagt Ekman, seien uns angeboren. Alle Menschen hätten sie, wie er aus interkulturellen Vergleichen schließt. Und sie seien durch bestimmte Merkmale gekennzeichnet: einen typischen Gesichtsausdruck oder spezifischen Körperzustand.
Der amerikanische Neurobiologe Jaak Panksepp dagegen nimmt das Gehirn als Basis für eine Einteilung der Emotionen. Sein Ansatz: Jedes Gefühl wird von unterschiedlichen, genetisch festgelegten Schaltkreisen des Gehirns gesteuert. Panksepp kommt so zu einem anderen Schema als Ekman und spricht von sechs “basalen emotionalen Systemen”: Wollust/Sexualität, Panik/Trennung, Fürsorge/Pflege, Streben/Erwartung, Wut/Ärger und Spiel/Freude.
Obwohl sich die Forscher also über die Frage nach den “Grundgefühlen” streiten, sind sie sich in einem einig: Emotionen sichern unser Überleben.
Denn anders hätten unsere Ahnen in Afrikas Savanne wohl kaum überlebt. Das gilt besonders für so unangenehme Gefühle wie Angst, Ekel oder Schmerzen. Angst macht uns wachsam gegenüber Gefahren; Ekel mahnt zu Hygiene und warnt vor verdorbener, sprich: giftiger Nahrung; Schmerzen veranlassen uns, Verletzungen zu versorgen oder sie von vornherein zu vermeiden.
Diese schützende, ja lebensrettende Funktion der Gefühle wird uns oft erst dann bewusst, wenn sie plötzlich nicht mehr vorhanden sind.
So traf der Neurologe Damasio auf eine Patientin, die weder Furcht noch Ärger zu fühlen scheint. Aufgrund einer seltenen Erbkrankheit sind bei Barbara Miller die beiden Mandelkerne ihres Gehirns verkalkt. Die Mandelkerne sind sogenannte Kerngebiete tief im Inneren des Gehirns und Teil eines neuronalen “Angstnetzwerks”.
Da die “Angstzentrale” im Kopf Barbara Millers nicht funktioniert, ist sie immer fröhlich und entgegenkommend. Auch von Fremden lässt sie sich bereitwillig umarmen und brennt förmlich darauf, mit jedem zu plaudern. Diese Offenheit ist für sie nicht immer von Vorteil – häufig wird sie von ihren Mitmenschen ausgenutzt.
Die gesunde Portion Argwohn also, die uns davor bewahrt, jedem blind zu vertrauen, ist bei Miller verloren gegangen. Es ist der Preis ihrer Furchtlosigkeit.
Viele Gefühle begleiten uns auf diese Weise durch den Alltag. Ekel zum Beispiel. Der US-Hirnforscher Ralph Adolfs hat die Fallgeschichte eines Patienten beschrieben, bei dem seit einer durch Herpes-Viren hervorgerufenen Hirnentzündung die Insula beschädigt und damit jedes Gefühl von Ekel wie ausgelöscht ist. John Taylor trinkt verdorbene Milch, die bereits aus Klumpen besteht, und findet sie “herrlich”. Ein Teil seines natürlichen Alarmsystems ist defekt. Die gefährliche Folge: Bei jedem Griff in den Kühlschrank riskiert der Mann eine Lebensmittelvergiftung.
Dass Gefühle eine lebenswichtige Funktion erfüllen, daran besteht längst kein Zweifel mehr – doch wie, das ist nach wie vor rätselhaft. Um das Geheimnis zu lösen, versuchen Hirnforscher jene Schaltkreise im Kopf ausfindig zu machen, die unsere Gefühle steuern.
Dabei ist eines schnell klar geworden: Es gibt kein Gefühlszentrum – vielmehr werden unsere Emotionen durch die Aktivität weit verzweigter Nervenzellen-Netze hervorgerufen. Besonders gut untersucht ist die Hirnanatomie der Angst.
So entdeckte der US-Hirnforscher Joseph E. LeDoux, dass es zwei “Angstrouten” im Kopf gibt. Die eine Route ist schnell, aber ungenau. Sie führt über den Thalamus direkt zum Mandelkern und läuft weitgehend unbewusst ab. Sehen wir bei einem Waldspaziergang eine schlangenartige Struktur auf dem Weg vor uns, schrecken wir blitzschnell zurück. Was ist passiert?
Die visuelle Information ist von den Augen über den Thalamus im Mandelkern gelandet. Der hat daraufhin die Ausschüttung von Stresshormonen wie etwa Adrenalin veranlasst, die wiederum die Kräfte des Körpers mobilisieren: Herzschlag und Atemfrequenz schießen in die Höhe, wir sind in Alarmbereitschaft.
Gleichzeitig schickt der Thalamus über eine zweite Route die visuelle Information der Augen zur Sehrinde, die das Bild genauer und bewusst analysiert – was länger dauert. Kommt die Großhirnrinde zu dem Schluss, dass es sich tatsächlich um eine Schlange handelt, bestätigt sie es dem Mandelkern, und die Angstreaktion hält an, bis die Gefahr gebannt ist. Es kann aber auch sein, dass die Großhirnrinde feststellt, dass es sich bei der schlangenartigen Struktur um einen Stock handelt. Ist das der Fall, benachrichtigt sie den Mandelkern, den Alarm einzustellen – und wir beruhigen uns wieder.
Wer von seiner Gefühlswelt abgeschnitten ist, ist vom Leben abgeschnitten
Mit anderen Worten: Wir erschrecken zwar manchmal ohne Grund. Aber für unser Überleben ist es vorteilhafter, hin und wieder eine Schlange zu viel zu sehen, als eine zu übersehen. Die zwei Angstrouten stellen sicher, dass wir schnell und präzise auf Gefahren reagieren.
Das Schlangenbeispiel offenbart zugleich, was Emotionen sind und wie sie “funktionieren”. Gefühle sind eine Art Modus, sie versetzen unser Gehirn und den Rest des Körpers in einen Zustand, der, aus Sicht unserer Entwicklungsgeschichte, am besten dazu geeignet ist, mit der jeweiligen Situation fertig zu werden.
So kann uns die Bedrohung durch eine Schlange auf Anhieb in einen “Angstmodus” versetzen: Die Aufmerksamkeit fokussiert sich schlagartig auf die Gefahrenquelle. Der Körper ist bereit zur Flucht – oder zum Kampf. Erst wenn wir außer Gefahr sind, kehren Körper und Geist in ihren “Normalzustand” zurück.
Ein anderer Modus, den jeder kennt und der vom Normalzustand abweicht, ist die Liebe. In gewisser Weise gleicht sie hirnphysiologisch einem Negativ der Angst. So hat man Verliebte im Kernspintomografen untersucht und festgestellt: Wenn sie das Bild ihres Partners vor Augen haben, erlischt die Aktivität des Mandelkerns. Der Botenstoff Dopamin, den man unter anderem mit guten Gefühlen in Verbindung bringt, wird vermehrt ausgeschüttet. Insgesamt nimmt das Gehirn einen Aktivitätszustand an, der sich auch beobachten lässt, wenn jemand Kokain geschnupft hat.
Auf diese Weise wird jedes Gefühl mit einer spezifischen Hirnaktivität und Hormonausschüttung kombiniert; dies aber läuft so komplex ab, dass es Forschern noch unmöglich ist, ein bestimmtes Gefühl ausschließlich einem bestimmten Hirnareal wie etwa dem Mandelkern zuzuordnen – oder gar einem einzigen Hormon wie dem Adrenalin. Hormone sind keine Solokünstler, sie arbeiten im Konzert, und das Gleiche trifft auf die diversen Hirnstrukturen zu.
Der Mandelkern beispielsweise wird nicht nur bei Angst aktiviert, sondern auch bei vielen anderen Emotionen, etwa bei Aggression. Umgekehrt sind, wenn wir uns fürchten, zahlreiche weitere Hirnareale erregt.
Es sind somit auch eher Ausnahmefälle, in denen sich systematische Zusammenhänge zwischen Hormonkonzentrationen, Gefühl und Verhalten feststellen lassen. Ein Beispiel dafür ist das männliche Sexualhormon Testosteron. Je mehr davon im Blut zirkuliert, desto ausgeprägter sind sexuelle Lust und Aggressionsbereitschaft. Bei einer Studie an 4462 Veteranen der US-Streitkräfte etwa ergab sich, dass Männer mit einem erhöhten Testosteronspiegel mehr mit ihren Ehefrauen stritten, sie häufiger schlugen und öfter fremdgingen.
Gefühlseigenschaften wie Aggressivität oder Fröhlichkeit gehören zum Kern unserer Persönlichkeit. Wir sind nicht nur, was wir denken, sondern ganz entscheidend auch, was und wie wir fühlen. Jeder von uns hat seinen eigenen “affektiven Stil”, wie es der US-Psychologe Richard Davidson nennt – und das spiegelt sich im Hirn wider.
So verglich Davidson die Hirnstrombilder (Elektroenzephalogramme) von Menschen, die sich als Frohnaturen sehen, mit denen solcher Probanden, die sich eher als Miesepeter beschreiben. Es zeigte sich: Bei den positiv Gestimmten ist der linke Stirnlappen stärker aktiv als der rechte, bei den Nörglern dagegen weist der rechte Stirnlappen eine erhöhte Grunderregung auf. (Jede Hirnhälfte hat ihren Schwerpunkt. Eine bestimmte Funktion ist jedoch selten auf eine Hemisphäre beschränkt. Meist sind beide Hirnhälften aktiv, allerdings nicht im gleichen Ausmaß. Vielmehr ergänzen sie sich gegenseitig. So werden beim Hören von Musik Töne in beiden Hirnhälften gleichzeitig verarbeitet und zusammengeführt. Dabei wertet die linke Hemisphäre eher einzelne Tonelemente aus, die rechte befasst sich mehr mit der Melodie.)
Gute Stimmung links, schlechte rechts – diesen Zusammenhang konnte Davidson bereits bei Babys beobachten: Kleinkinder, deren rechte Hirnhälfte dominanter war, weinten zum Beispiel mehr, wenn sie von ihren Müttern getrennt wurden. Es ist, als sei ein gewisser emotionaler Charakter schon in der Wiege angelegt.
Der Mensch ist eben nicht nur ein animal rationale, sondern auch ein animal emotionale – wie das mysteriöse Cotard-Syndrom nahelegt.
Menschen, die darunter leiden, sind davon überzeugt, sie seien tot. Sie wundern sich zuweilen, dass sie noch nicht begraben sind. Der Auslöser dieses Syndroms ist weitgehend ungeklärt, doch wird spekuliert, dass bei den Patienten die Sinneswahrnehmungen von der emotionalen Bewertung im Gehirn abgekoppelt sind.
Die Folge: Nichts in der Welt, kein Ereignis, keine Berührung, keine Musik, hat für sie noch irgendeine emotionale Bedeutung. Diese Menschen erleben nichts mehr, sie registrieren nur noch.
Psychiatern gelten die Überzeugungen der Cotard Patienten, sie seien tot, als Wahnvorstellung. Doch für die Betroffenen selbst ist der Wahn bittere Wirklichkeit: Wer von seiner Gefühlswelt abgeschnitten ist, so deren Erkenntnis, der ist vom Leben abgeschnitten.
Im Umkehrschluss aber hieße das: Ich fühle, also bin ich.

Heutzutage nehmen zum Beispiel 30mal mehr Briten Kokain als vor einem Jahrzehnt. Dieser Anstieg wird sowohl auf zunehmende Verfügbarkeit als auch auf fallende Kosten der Substanz zurückgeführt. Die Langzeitfolgen dieses Trends sind besonders besorgniserregend im Licht aktueller Forschungserkenntnisse, die den Hinweis geliefert haben, dass tatsächlich die Funktionsweisen unseres Gehirns umprogrammiert werden können.

Nach neuester Forschung können psychoaktive Drogen den epigenetischen Kode unserer Hirnzellen umschreiben.

Diese neuen Erkenntnisse liefern Anhaltspunkte, die vielleicht zur Erklärung beitragen können, wie vorübergehende Veränderungen im Hirngewebe – die Anwesenheit einer Droge – in dauerhafte Veränderungen in den Hirnverbindungen übertragen werden, die schließlich zur Sucht führen können.

Die Lernfähigkeit des Gehirns ist ein schrittweiser Prozess, der ständig Ereignisse mit Ergebnissen bis zur Bildung assoziativer Erinnerungen verknüpft. Psychoaktive Drogen, die ein „High“ (oder eine Belohnung) verschaffen, stimulieren diesen Lernkreislauf und man glaubt, dass bei Suchterkrankungen im Wesentlichen das auf Belohnung basierende Lernsystem in krankhafte Übersteuerung übergeht und zu zwanghaftem Verhalten führt. Regelmäßiger (chronischer), zwanghafter Drogenkonsum verstärkt daraufhin die gelernte Assoziation und verschlimmert das Problem.

Auf körperlicher Ebene fördert Lernen die Stärke von Verbindung und Kommunikation zwischen bestimmten Hirnzellen. Obwohl wenig über die molekularen Mechanismen bekannt ist, die zu dieser Verstärkung führen, glaubt man, dass das Einschalten von Genen, die den physischen Umbau der Verbindungen kontrollieren, daran beteiligt ist.

In Gehirnzellen wird eine Anzahl an Genen nach der Verabreichung von Drogen wie Kokain eingeschaltet und neue Forschungsergebnisse zeigen, dass dieser Umschaltmechanismus epigenetische Modifikationen einschließt – chemische Veränderungen entweder an der DNA (die die Gene kodiert) oder an mit DNA assoziierten Proteinen (Histonen).

Epigenetische Modifikationen verändern nicht den DNA-Kode selbst, sondern beeinflussen eher die Verfügbarkeit des Kodes für die Faktoren, die ihn ablesen und in sein Produkt übersetzen. Daher können epigenetische Modifikationen ein Gen zugänglich machen und so den Umfang steigern, in dem es abgelesen wird (die Menge des Produkts vergrößern) oder es unzugänglich machen, d.h. es tatsächlich abschalten. Es wurde gezeigt, dass Kokain zu einer Acetylierung der Histone an Genen führt, die es damit einschaltet – eine Modifikation, die bekanntermaßen mit zugänglicher, aktiver DNA assoziiert ist.

Kokain verändert nicht nur den epigenetischen Status von Genen, sondern veranlasst auch bestimmte epigenetische Modifikationen, die abhängig von der Häufigkeit des Drogenkonsums sind. Bestimmte Gene werden durch seltene (akute) Verabreichung eingeschaltet, während andere nur nach chronischem Gebrauch (wie bei einer Suchterkrankung) aktiviert werden. Manche werden in beiden Fällen eingeschaltet. Bei durch akuten Konsum eingeschalteten Genen werden die Histon H4 Proteine acetyliert, bei chronischem Drogengebrauch die Histon H3 Proteine. Gene, die durch beide Formen der Drogeneinwirkung aktiviert werden, weisen H4 Acetylierung zu Beginn der Kokainexposition auf und wechseln zu H3 Acetylierung, wenn der Drogenkonsum chronisch wird.

Interessanterweise bleibt die durch beständige Kokaineinwirkung veranlasste H3 Acetylierung bei einer Anzahl von Genen auch lang nach der Absetzung der Droge aufrecht. Diese anhaltende molekulare Markierung könnte daher zu einer Daueraktivierung der Gene und einer Anhäufung ihrer umbauenden Produkte führen, was im Gegenzug die langfristigen körperlichen Veränderungen erklären könnte, die notwendig sind, um die Hirnzellverbindungen während Lern- und Suchtprozessen zu stärken.

Die durch Kokain eingeschalteten Gene können auch durch den Missbrauch anderer Substanzen aktiviert werden. Falls sich herausstellt, dass diese Drogen auch epigenetisch und mit längerfristigen Folgen agieren, könnte die Erforschung der Mechanismen, wie die epigenetischen Modifikationen in bestimmten Hirnarealen wieder entfernt werden können, zu einer potenziellen Behandlung von Sucht führen.

Viele Menschen glauben noch, ihr Aussehen, ihre Gesundheit und ein Großteil ihres Verhaltens seien allein durch ihre Gene determiniert.

Das ist aber falsch, wie die Epigenetik beweist. „Epi“ stammt aus dem griechischen und bedeutet „daneben, obenauf“. In der Epigenetik geht es primär um die Auswirkung der rund 25 000 Gene des Erbstranges eines Menschen und um äußere Faktoren, welche Einfluss nehmen können.
Ein wichtiger Faktor bei dieser kontinuierlichen Abwandlung unserer Gene sind die Methylgruppen. Es sind simple Verbindungen aus einem Kohlenstoff- und drei Wasserstoffatomen und funktionieren wie Ausschalter. Setzen sie sich am Erbgut fest, werden bestimmte Gene blockiert. Diese Methylgruppen werden besonders durch die Nahrung ausgelöst und in den Zellkernen (an den Genen auf den Chromosomen) wirksam.
Wie effizient die Epigenetik funktioniert konnte bereits eindrucksvoll experimentell bestätigt werden. Durch Zusatzstoffe wie Vitamin B12, Folsäure und Cholin, also einfachste orthomolekulare Nahrungszusätze, welche „gelben, dicken“ Agouti-Mäusen vor der Paarung verabreicht wurden, setzten diese „braune, schlanke“ Junge in die Welt.
Die Erkenntnisse aus der Epigenetik greifen das Fundament der Evolutionsbiologie an. Bisher galt es als Dogma, dass Änderungen im Erbgut rein zufällig sein und weder Richtung noch Ziel hätten. Doch gemäß der Epigenetik können aktuelle Veränderungen eines Organismus (Ernährung, Klima, Umwelt, Strahlung, Gifte usw.), also alles was sich im epigenetischen Muster niederschlägt, auch direkt auf die nachkommenden Generationen übertragen werden…
Der Mensch ist demnach weder ein zufälliges Geschöpf der Natur noch ein reines Kulturwesen.
Für jeden Einzelnen folgt daraus eine heftige unmittelbare Konsequenz: Unser gesamtes Verhalten, sei es dass wir rauchen oder uns schlecht ernähren, wird von einer einfachen persönlichen zur ethischen Frage. Denn alles was wir uns antun, im Guten wie im Schlechten, schlägt sich auch bei unseren Nachkommen nieder…

Die Gruppe um die Basler Forscherin Prof. Anne Eckert kann erstmals einen molekularen Link zwischen zwei pathologischen Eiweißablagerungen aufzeigen, welche die Funktionalität von Mitochondrien schädigen.

Bei der Alzheimer-Krankheit, der häufigsten Form von Demenz, kommt es im Gehirn zur Ablagerung von zwei abnorm veränderten Eiweißbruchstücken. Ausserhalb der Nervenzellen findet man solche Plaques um einen Amyloid-Kern und innerhalb der Zellen treten Bündel von abnormalem Tau-Protein auf. Seit einiger Zeit wird zudem über eine gestörte Funktion der Mitochondrien bei der Entstehung der Erkrankung diskutiert. Mitochondrien, die “Kraftwerke” der Zelle, stellen die Energie für die Zellfunktionen zur Verfügung. Diese Energie wird in Form des Energiemoleküls ATP durch einen Prozess bereitgestellt, der als Zellatmung bezeichnet wird.

Für ihre Forschung verwendete die Gruppe um Prof. Anne Eckert ein neues Mausmodell. Dessen Besonderheit besteht darin, dass sich die Tau-Pathologie bei den Mäusen bereits im Alter von fünf bis sechs Monaten entwickelt und somit einen Vergleich zur Pathologie im menschlichen Gehirn zulässt. Aus dem Gehirn der Mäuse konnten die Forschenden insgesamt 1275 Proteine isolieren und quantifizieren. Davon waren 24 signifikant verändert im Vergleich zu Mäusen mit der Amyloid-beta- und der Tau-Pathologie sowie gegenüber Kontroll-Mäusen. Interessanterweise waren ein Drittel dieser veränderten Proteine an der Funktion von Mitochondrien beteiligt.

Kombination verstärkt Schädigung

Daraufhin haben die Forschenden die Funktion der Mitochondrien, insbesondere der Atmungskette, genauer untersucht. Sie fanden heraus, dass der Sauerstoffverbrauch durch Zellatmung sowohl durch die Amyloid-beta- als auch durch die Tau-Pathologie beeinträchtigt wird und dass eine Kombination der beiden Eiweißveränderungen die negativen Effekte auf die Mitochondrien verstärkt.

Zudem konnten sie zeigen, dass Amyloid beta und Tau sowohl auf struktureller (Proteinebene) wie funktioneller Ebene (Aktivität der Komplexe) die mitochondriale Atmungskette an unterschiedlichen Punkten angreifen: So verändert die Tau-Pathologie den Enzym-Komplex I der Atmungskette, während Amyloid beta den Komplex IV beeinträchtigt.

Diese Defekte führen schliesslich dazu, dass es bereits in zwölf Monate alten transgenen Mäusen zu einem drastischen Abfall der ATP-Spiegel und zu einem deutlichen Anstieg von schädlichen Radikalen kommt.

Alles, was lebt, besteht aus Zellen. Damit der Fortbestand des Lebens gewährleistet ist, müssen sich die Zellen teilen. Auf der DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist die gesamte Erbinformation gespeichert, die alle Vorgänge des Stoffwechsels, des Wachstums und der Entwicklung steuert. Vor jeder Zellteilung muß die DNA verdoppelt werden, damit jede Tochterzelle einen vollständigen Satz Chromosomen erhält.
Wie alle Nukleinsäuren ist die DNA ein Polynukleotid. Ein Nukleotid besteht aus einer Base, einem Zucker (bei der DNA ist es Desoxyribose) und einem Phosphorsäurerest. Als Basen dienen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, wobei jeweils Adenin -Thymin und Guanin – Cytosin komplementär sind. Daraus ergibt sich die Doppelhelix-Struktur der DNA. Sie besteht demnach aus zwei Polynukleotidsträngen, die über die Basen der Nukleotide zu einem Doppelstrang miteinander verknüpft sind. Daher sind auch die beiden zusammengehörigen Stränge nicht identisch sondern komplementär gebaut und verlaufen “antiparallel”. Dies sieht man an Phosphatbrücken zwischen den Zuckern, die vom 3. zum 5. C-Atom in unterschiedlicher Richtung verlaufen.
Bei der Replikation der DNA werden zunächst die beiden komplementären Stränge mit Hilfe von Enzymen voneinander getrennt. Jeder Einzelstrang wirkt jetzt als Matrize, an der ein neuer komplementärer Strang gebildet wird. An die nun ungepaarten Basen der DNA lagern sich RNA-Starter an, danach wird das Tochtermolekül mit Hilfe des Enzyms DNA-Polymerase in 5′-3′-Richtung verlängert, indem sich anlagernde Nukleotide miteinander verbunden werden.
Da die DNA-Polymerase nur in 5′-3′-Richtung arbeiten kann, muß an einem Elternstrang stückchenweise “rückwärts” repliziert werden und zwar indem das Enzym zum nächsten RNA-Startermolekül vorausspringt und diesen dann “rückwärts” in gewohnter 5′-3′-Richtung zu einer DNA-Kette verlängert.

Als nächstes werden die vielen RNA-Starterfragmente entfernt und durch DNA ersetzt.
Dabei steht die Natur vor einem Problem: Am 5′-Ende der neu synthetisierten DNA entsteht nach Abbau des RNA-Starters eine Lücke, weil die DNA-Polymerase wegen des Richtungszwangs nicht in der Lage ist, diese mit DNA aufzufüllen. Das aber würde bedeuten, daß sich die Chromosomen von Replikation zu Replikation verkürzen und dabei wichtige Erbinformationen verloren gehen, bis schließlich eine Fortpflanzung und damit ein Fortbestand des Lebens nicht mehr möglich wäre.
An dieser Stelle kommt die Bedeutung von Telomeren und der Telomerase zum Tragen. Als Telomere bezeichnet man die Enden der Chromosomen. Sie enthalten keine codierenden Sequenzen, sondern bestehen aus Folgen kurzer repetitiver DNA-Sequenzen mit der Basenfolge 5′-TTAGGG-3′, die sich beim Menschen bis zu Tausend mal wiederholen kann. Mit jeder Replikation werden die Telomerenden kürzer. Nicht ohne Grund wird daher die Länge der Telomere in Verbindung mit dem Alterungsprozeß gebracht, denn Zellteilung kann nicht unbegrenzt häufig ablaufen und ist durch die Telomerlänge eingeschränkt. Je kürzer die Telomere sind, desto seltener können sich Zellen teilen und erneuern. Die Begrenzung der Zellteilungen bezeichnet man als Hayflick-Limit. Diese ist bei jeder Gewebetypt anders, weil bei der Embryonalentwicklung die Telomeraseaktivität in den verschiedenen Geweben zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgestellt wird.
Das Altern der Zelle resultiert demnach aus einem schrittweisen Abbau der Telomere und der damit verbundenen, schrittweisen Abnahme von Zellfunktionen; mit zunehmender Telomerverkürzung verändert die Zelle ihr Muster der Genaktivierung, verlangsamt ihre Teilungsrate, stellt die Teilung dann völlig ein und stirbt schließlich ab.
Während in Körperzellen die Verkürzung der Telomere und damit Alterung unvermeidlich zu sein scheint, wäre sie in Keimzellen fatal, denn dadurch wäre eine Weitergabe von Erbinformationen irgendwann nicht mehr möglich, weil die Chromosomen zu kurz geworden sind.
Dieser Gefahr beugt das Enzym Telomerase vor, welches Telomere wieder verlängert. Es enthält neben Eiweißen eine RNA mit einem Sequenzabschnitt, der zu den DNA-Repeats komplementär ist. Die Genorte für diese beiden Bestandteile der Telomerase sind bekannt: Das Gen für den Proteinanteil (TERT – telomerase reverse transcriptase) liegt auf dem fünften Chromosom im Abschnitt p15.33, das Gen für den RNA-Anteil (TERC – telomerase RNA component) befindet sich auf dem dritten Chromosom im Bereich q21-q28. Die RNA der Telomerase dient gleichsam als wandernde Matrize für die Synthese von Telomerenden: Zunächst paaren die Basen des überstehenden DNA-Endes mit der Telomerase-RNA. Danach werden Desoxynukleotide an das 3′-Ende der DNA angeheftet, die komplementär zur Telomerase-RNA sind. Nachdem auf diese Weise eine neue Telomereinheit entstanden ist, löst sich die Telomerase von der DNA. Nun kann der Vorgang am verlängerten DNA-Ende von neuem beginnen.

Ist der DNA-Strang lang genug, können RNA-Starter binden, und der Tochterstrang wird in gewohnter 5′-3′-Richtung mit Hilfe der DNA-Polymerase verlängert.

Überstehende Einzelstrangenden werden umgeklappt und verschließen die Chromosomenenden. Damit kommt den Telomeren eine weitere wichtige Eigenschaft zu: Sie bilden eine Art Schutzkapsel, die die Chromosomen vor Enzymschäden und vor “Verkleben” schützt. Chromosomen sind nur dann stabil, wenn ihre Enden intakt sind. Wäre dies nicht der Fall, würde sich ein Chromosom aufgrund seiner “klebrigen” Enden an ein anderes anlagern oder von Enzymen zerstört werden.
Das Gen für Telomerase ist beim Menschen hauptsächlich in Keimzellen, aber auch in Tumorzellen aktiv. Die Telomeraseaktivität bewirkt, daß sich die Zellen unbegrenzt teilen können. In beiden Fällen altern die Zellen sozusagen nicht.
Diese Erkenntnisse lassen positiv in die Zukunft blicken. Auf der einen Seite hofft man, die Telomeraseaktivität in Tumorzellen (sofern vorhanden) ausschalten zu können und einige Krebsarten somit heilbar zu machen, andererseits aber Telomerase in Körperzellen in dem Maße aktivieren zu können, so daß das Altern verhindert wird, aber auch keine Tumorzellen entstehen. Vielleicht werden diese heute noch unmöglich erscheinenden Aussichten in weiter Zukunft Wirklichkeit.

Progerie – ein Wettlauf mit der Zeit

Progerie ist eine sehr seltene Erbkrankheit (1 : 10 000 000 Geburten), die Kinder vorzeitig altern lässt. Der Name Progerie kommt von den lateinischen und griechischen Worten “pro” und “geraios” und bedeutet wörtlich “frühes Alter”.
Kinder mit Progerie altern wesentlich schneller als normale Menschen. Das bedeutet, dass diese Kinder bereits im Alter von zehn bis zwölf Jahren Krankheitssymptome entwickeln, die normalerweise nur bei Menschen mit siebzig oder achtzig Jahren auftreten. Im allgemeinen sehen die Kinder während ihres ersten Lebensjahres vollkommen normal aus, aber dann entwickeln sich rasch die typischen Symptome für Progerie. Dazu gehören unter anderem: Haarausfall, Verschwinden von Wangenfett mit Verschärfung der Gesichtszüge und verringertes Wachstum. Wie bei alten Menschen wird die Haut dünn und bräunlich, die Blutgefäße werden sichtbar. Es entwickelt sich eine schwere und schmerzhafte Arthose mit Verdickung der Gelenke, wodurch die Kinder in ihrer Mobilität sehr eingeschränkt sind. Innerlich ist das Fortschreiten des Alterungsprozesses gleichermaßen unnachgiebig; eine vorzeitige Atherosklerose führt dazu, dass viele Kinder mit Progerie ihren ersten Schlaganfall oder Herzinfarkt in einem sehr frühen Alter, ca. zwischen dem zwölften und fünfzehnten Lebensjahr, haben.
Bis jetzt wurde noch keine Behandlungsmethode für Progerie gefunden; dies liegt sicher auch daran, dass die Ursache für Progerie noch weitgehend im Dunkeln liegt. Sicher ist allerdings, dass sich bei Progerie-Kranken die Telomere viel schneller verkürzen als bei gesunden Menschen.
Erstaunlich dabei: Progerie-Kranke kommen mit normal langen Telomeren zur Welt. Diese extrem schnelle Verkürzung der Telomere bei Progerie-Patienten führt dazu, dass schon nach einer relativ geringen Zeit die Informationen, die auf den Genen in der Nähe der Telomere gespeichert sind, nicht mehr abgelesen werden können. Wahrscheinlich kommt es deshalb zu dem frühen Alterungsprozess.
Hätte man die Möglichkeit, das Gen für das Enzym Telomerase in den Zellen von Progerie-Patienten zu aktivieren, so könnte der frühzeitige Alterungsprozess aufgehalten werden, da nun eine weitestgehend unbegrenzte Zellteilung möglich wäre.

Intelligente Kinder unterscheiden sich von weniger begabten nicht durch die Größe, sondern durch die Flexibilität ihres Gehirns: Ihre Großhirnrinde verändert sich im Laufe ihrer Entwicklung deutlich stärker als die ihrer weniger intelligenten Altersgenossen, hat ein amerikanisch-kanadisches Forscherteam beobachtet. Da die Großhirnrinde für das Auswerten und Verknüpfen von Informationen zuständig ist, spiegelt dieser Unterschied möglicherweise die Effizienz wider, mit der das Gehirn Daten verarbeiten und auch wieder verwerfen kann.

Die Frage, ob die Intelligenz eines Menschen von seiner Gehirngröße abhängt, beschäftigt Wissenschaftler bereits seit vielen Jahren. Die bisherigen Ergebnisse dazu waren allerdings widersprüchlich: Einige Studien fanden einen direkten Zusammenhang zwischen bestimmten Facetten der Intelligenz und dem Gehirnvolumen, andere deuteten eher auf eine Korrelation zwischen der Anzahl der Gehirnzellen und der Intelligenz hin und wieder andere fanden überhaupt keinen Einfluss der Gehirngröße.

Möglicherweise spielt tatsächlich nicht die Größe des Gehirns die entscheidende Rolle, sondern die Art, wie sich das Gehirn während der Kindheit und Jugend entwickelt, legt nun die neue Studie nahe. Philip Shaw vom National Institute of Mental Health in Bethesda und seine Kollegen hatten dabei 307 Kinder und Jugendliche im Alter von 5 bis 19 Jahren beim Aufwachsen begleitet und immer wieder Aufnahmen ihrer Gehirne gemacht. Dabei zeigte sich ein deutlicher Trend: Bei den Kindern, die in Intelligenztests hervorragend abschnitten, variierte die Stärke der Großhirnrinde, auch Cortex genannt, mit dem Alter sehr viel stärker als bei Kindern mit einer durchschnittlichen Intelligenz.

So besaßen die intelligentesten Probanden im Alter von sieben Jahren eine im Vergleich sehr dünne Großhirnrinde, die sich jedoch während der nächsten vier Jahre rasch verdickte. Daran schloss sich eine sehr schnelle Abnahme der Stärke des Cortex an. Die weniger intelligenten Kinder starteten dagegen bereits mit einer dickeren Großhirnrinde, die dann allerdings schon im Alter von acht Jahren ihre maximale Stärke erreichte und anschließend nur langsam wieder an Dicke verlor.

Die Wissenschaftler vermuten, dass die intelligenteren Kinder im Alter von sieben bis elf Jahren sehr viel mehr Informationen sammelten und diese in neue Nervenverbindungen im Cortex umwandelten als ihre Altersgenossen. Auch das anschließende Verwerfen überflüssiger Daten, das die Großhirnrinde wieder dünner werden lässt, funktioniert bei ihnen offenbar effektiver, so die Forscher. Sie wollen nun untersuchen, zu welchen Anteilen diese Unterschiede in der Gehirnentwicklung genetisch bedingt sind und wie stark sie durch die Umwelt beeinflusst werden können.

Forscher finden Knochen mit Merkmalen von beiden Menschenarten
Neandertaler und moderner Mensch könnten sich doch mehr miteinander vermischt haben als bislang angenommen. Darauf deuten Knochenfunde aus einer Höhle in Rumänien hin, die sowohl Kennzeichen moderner Menschen als auch Merkmale von Neandertalern zeigen. Mit einem Alter von etwa 35.000 Jahren stammen sie außerdem aus der Zeit, als der moderne Mensch nach Europa einwanderte, der Neandertaler jedoch noch nicht ausgestorben war.

Entdeckt worden waren vier der sechs nun untersuchten Knochen – ein Schädel, ein Unterkiefer, ein Schulterknochen und ein Schienbein – bereits 1952 in einer Höhle namens “Pestera Muierii” im Bezirk Gorj. Später kam noch der Fund eines Schläfen- und eines Wadenbeins hinzu, die in einem anderen Bereich dieser Höhle auftauchten. Da die Einordnung in eine klar umrissene Zeitperiode bei den Funden umstritten war, wurden sie zu Beginn der 1970er Jahre aus der Inventarliste rumänischer Menschenfossilien entfernt und gerieten nach Angaben der Forscher weitgehend in Vergessenheit.

Das änderte sich erst im Jahr 2001, als eine rumänische Forschergruppe zwei der Knochen neu datierte und feststellte, dass sie mehr als 35.000 Jahre alt waren. Dieses Alter haben auch die restlichen Funde, wie Erik Trinkaus und seine Kollegen nun mithilfe der Radiokarbonmethode zeigen konnten. Damit stammen die Knochen aus der frühen Phase des Jungpaläolithikums, der oberen Altsteinzeit.

Zusätzlich verglichen die Wissenschaftler die anatomischen Merkmale der Knochen mit denen von vier Vor- und Frühmenschenfunden – einem Neandertaler und drei anatomisch modernen Menschen aus verschiedenen Zeitperioden. Das Ergebnis: Grundsätzlich entsprach die Form der Funde der von Knochen des modernen Menschen. Allerdings stimmten unter anderem der niedrige Stirnbogen, bestimmte Merkmale des Unterkiefers und besonders das Schultergelenk fast vollständig mit denen des Neandertalers überein. So war etwa das Schulterblatt im Gegensatz zu dem des modernen Menschen nicht dazu geeignet, Wurfgeschosse wie Speere zu schleudern.

Diese Mischung deutet nach Ansicht der Wissenschaftler darauf hin, dass der moderne Mensch den Neandertaler nicht wie häufig vermutet vollständig verdrängte, als er nach Europa einwanderte. Vielmehr habe es eine komplizierte Dynamik in der Reproduktion gegeben, die eben auch zu Mischformen führte. Frühere Studien zu diesem Thema hatten widersprüchliche Ergebnisse erbracht. So ergab etwa ein genetischer Vergleich von Neandertalererbgut und dem Erbgut moderner Menschen keine Hinweise auf eine Vermischung.

Intelligenz hängt – zumindest zum Teil – tatsächlich von der Gehirngröße ab, haben kanadische Forscher nachgewiesen: Je größer das Gehirn, desto höher ist bei Frauen und rechtshändigen Männern die so genannte sprachliche Intelligenz, zu der unter anderem Sprachgefühl, eine gute Auffassungsgabe für Gesprochenes und Kreativität beim Umgang mit Sprache gehören. Die Zusammenhänge zwischen anderen Aspekten der Intelligenz und der Gehirngröße sind dagegen nicht so eindeutig und unterscheiden sich zum Teil deutlich zwischen den Geschlechtern.

Ein Einfluss der Gehirngröße auf die Intelligenz wird unter Wissenschaftlern immer wieder diskutiert. Frühere Studien zum Thema lieferten allerdings widersprüchliche Ergebnisse: Einige bestätigten eine höhere Intelligenz bei größeren Gehirnen, andere fanden lediglich einen Zusammenhang zwischen der grauen Substanz und der Intelligenz und wieder andere konnten überhaupt keinen Einfluss des Gehirnvolumens messen. Problematisch bei all diesen Untersuchungen war jedoch die exakte Bestimmung der Gehirngröße. Zwar ist eine Abschätzung mithilfe von bildgebenden Verfahren wie der Magnetresonanztomografie möglich, die Ergebnisse sind aber umstritten.

Andererseits kann die deutlich genauere Messung nach dem Tod eines Menschen meist nicht verwertet werden, weil es keine Informationen über dessen Intelligenz zu Lebzeiten gibt. Für die neue Studie erhielten die Forscher nun von 100 unheilbar kranken Freiwilligen die Erlaubnis, nach ihrem Tod ihr Gehirn zu untersuchen und mit den Ergebnissen verschiedener Intelligenztests zu vergleichen. Die Ergebnisse: Bei Frauen war die Gehirngröße ein wesentlicher Faktor für die verbale Intelligenz. Das gleiche galt für männliche Rechtshänder, aber nicht für Linkshänder. Das sei ein Hinweis darauf, dass die sprachliche Intelligenz bei Männern stärker in einer Hirnhälfte konzentriert sei als bei Frauen, erklären die Forscher.

Die räumliche Vorstellungskraft hing bei Frauen ebenfalls von der Gehirngröße ab, allerdings nicht so ausgeprägt wie die sprachliche. Bei Männern fanden die Forscher hingegen keinen Zusammenhang zwischen der räumlichen Intelligenz und der Gehirngröße. Ein weiterer Unterschied zwischen den Geschlechtern war die Größenveränderung mit dem Alter, schreiben die Wissenschaftler. So nahm das Hirnvolumen bei Männern im Alter deutlich ab, während das Alter bei Frauen praktisch keinen Einfluss auf die Gehirngröße hatte. Diese Ergebnisse stützen nach Ansicht der Forscher die schon früher geäußerte These, dass viele Dinge in den Gehirnen von Männern und Frauen völlig unterschiedlich verarbeitet werden.

Im Unterschied zum Menschen verfügt der Schimpanse nicht über 46, sondern über 48 Chromosomen. Die Chromosomen 2 und 3 sind im menschlichen Genom fusioniert.

Der Schimpanse Pan Troglodytes ist unser nächster Verwandter, mit dem wir einen gemeinsame Vorfahren teilen, der vor etwa fünf bis sechs Millionen Jahren gelebt hat. Seit langem versucht man deshalb die molekulare Basis jener evolutionären Veränderungen zu entschlüsseln, die zu zwei Organismen mit klaren Unterschieden in Phänotyp und Verhalten geführt haben. Durch den Vergleich zwischen Schimpansen- und Human-Genom will man herausfinden, welche genetischen Veränderungen zu so eindeutig menschlichen Eigenschaften geführt haben, wie Kognition und Bewusstsein, dem aufrechten Gang oder eine veränderte Empfänglichkeit für Krankheiten. Hierbei ging man bisher davon aus, dass die Genome von Mensch und Schimpanse auf der Ebene ihrer Bausteine (Nuleotide) zu 98,6 Prozent übereinstimmen.

Während sich die vergleichende Genomforschung zwischen relativ weit voneinander entfernten Organismen (evolutionäre Distanz zwischen Mensch und Maus: 60 Millionen Jahre) darauf konzentriert, Übereinstimmungen zwischen den Arten zu finden, führt das Schimpansen-Genom eher zu den Unterschieden zwischen Affe und Mensch. Wissenschaftler des “International Chimpanzee Genome Chromosome 22 Sequencing Consortium” haben jetzt einen kleinen Teil des Erbguts von Mensch und Schimpanse, das menschliche Chromosom 21 und sein Pendant, das Schimpansenchromosom 22, mit bisher unerreichter Genauigkeit analysiert und verglichen. Dabei stellten sie fest, dass die Zahl der geringfügigen Abweichungen – wenn also eine einzelne Base gegen eine andere ausgetaucht war – lediglich 1,44 Prozent beträgt, was bisherige Schätzungen einer 98,6-prozentigen Identität bestätigen würde.

Doch daneben fanden die Forscher fast 68.000 längere Abschnitte im Erbgut, in denen ganze Basenfolgen als Insertion eingebaut oder als Deletion verloren gegangen sind. Damit aber unterscheidet sich die Aminosäuresequenz der von den 231 entdeckten Genen kodierten Proteine bei Mensch und Affe zu 83 Prozent. Allerdings haben die meisten dieser Veränderungen keinen oder nur einen geringfügigen Einfluss auf die Funktion der Proteine. Doch bei immerhin 47 Proteinen, also 20 Prozent, fanden sich wesentliche strukturelle Unterschiede.

Während also viele Proteine bei Schimpanse und Mensch absolut identisch sind, zeigen sich bei einigen Eiweißen strukturelle Unterschiede, die zu andersartigen Funktionen führen können. Wenn man berücksichtigt, dass die Chromosomen 21 bzw. 22 nur etwa ein Prozent des gesamten Erbguts tragen, könnten die Unterschiede zwischen Mensch und Schimpanse mehrere Tausend Gene umfassen. Damit aber wären die genetischen Unterschiede zwischen dem Menschen und seinem nächsten Verwandten doch viel größer und komplexer als bisher vermutet, sagt Marie-Laure Yaspo, Leiterin des Chomosomen-Projekts am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik.

Als Nächstes wollen die Forscher nun ausgewählte Regionen der Geschlechtschromosomen sequenzieren, also die X- und Y-Chromosomen von Mensch und Affe miteinander vergleichen. So ist das X-Chromosom von besonderem medizinischen Interesse wegen der großen Zahl der damit verbundenen Erbkrankheiten, speziell von verschiedenen Formen geistiger Retardierung.

Die Sequenzierung des Chromosoms 22 wurde vom japanischen RIKEN-Institut in Yokohama sowie vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin koordiniert und die komplette Sequenz im Juli 2003 veröffentlicht. Danach hat dieses Konsortium auch den unmittelbaren Vergleich beider Chromosomen erarbeitet.

Forscher finden zudem Abweichungen zwischen beiden Spezies bei einem Gen, das eine Schlüsselrolle bei der Hirnentwicklung spielt
Forscher aus den USA und Frankreich haben eines der Gene entdeckt, die wohl für die Entwicklung des menschlichen Gehirns entscheidend waren. Das Gen mit dem Namen HRA1F ist unter anderem im Gehirn von 7 bis 19 Wochen alten Embryos aktiv und spielt eine Schlüsselrolle bei der Entstehung der Großhirnrinde. Seit der Trennung von Mensch und Schimpanse hat es sich stark verändert, entdeckten die Forscher bei einem Erbgutvergleich. Welche Funktion das Gen genau hat, wissen die Wissenschaftler um Katherine Pollard von der Universität von Kalifornien in Santa Cruz allerdings noch nicht.

Seit das Erbgut des Schimpansen im Jahr 2005 vollständig entschlüsselt wurde, vergleichen Genforscher die Affengene mit menschlichen DNA-Sequenzen, um herauszufinden, was den Menschen von seinem nächsten Verwandten unterscheidet. Sie erhoffen sich aus den Unterschieden Aufschluss darüber, was den Menschen zum Menschen macht. Pollard ist in ihrer Studie nun auf 49 Sequenzen gestoßen, die sich zwischen Mensch und Schimpanse erheblich unterscheiden.

Am stärksten waren die Abweichungen dabei in einem Erbgutabschnitt namens HAR1F: Dort unterscheidet sich die menschliche Variante an 18 Stellen von der Schimpansenversion. Im Gegensatz zu den meisten Genen enthält diese Sequenz jedoch nicht die Information für den Bau eines Proteins, sondern den Bauplan für eine Verwandte der Erbsubstanz DNA, eine so genannte RNA. Diese Signalmoleküle spielen wichtige Rollen beim An- und Abschalten von Genen und bestimmen so, welche Proteine zu welcher Zeit produziert werden. Da HAR1F in direkter Nachbarschaft zu mehreren für die Gehirnentwicklung entscheidenden Erbgutbereichen liegt, vermuten die Forscher, dass die zu HAR1F gehörige RNA für die Kontrolle dieser Gene zuständig ist.

Dabei könnten die Veränderungen im menschlichen HAR1F-Gen beispielsweise die Länge oder die Form der RNA beeinflusst haben. Das hätte auch Auswirkungen auf ihre Kontrollfunktion und damit auch auf die Eiweiße gehabt, die auf ihre Anweisung hin gebildet werden. Die HAR1F-RNA könnte nach Ansicht der Forscher bei der Entwicklung des Neocortex helfen, also dem Teil der Großhirnrinde, der etwa für die Verarbeitung von Sinneseindrücken und für die Bewegung zuständig ist.