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Geschwätzige Zebrafinken
Berliner Max-Planck-Wissenschaftler und ihre amerikanischen Kollegen weisen "Sprach-Gen" bei Singvögeln nach
Mutationen im so genannten FOXP2 Gen führen bei Menschen zu einem spezifischen Sprachproblem, insbesondere bei der Artikulation und dem Sprachverständnis. Offensichtlich besitzt dieses Gen eine zentrale Funktion bei der Entwicklung der Sprachfähigkeit. Neurobiologen konnten nun zeigen, dass auch beim Gesangslernen von Vögeln FoxP2 eine Schlüsselrolle spielt. Die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin und von der Duke University, USA, entdeckten eine nahezu identische Version dieses Gens und konnten anschließend das entsprechende Protein in genau jenen Hirnregionen nachweisen, die maßgeblich am Gesangslernen beteiligt sind. Die Ergebnisse wurden in der Ausgabe vom 31. März 2004 des Journal of Neuroscience veröffentlicht.
Bereits 2002 hatte eine Arbeitsgruppe um Svante Päaboo vom
Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig die
DNA-Sequenz des intakten FOXP2 Gens beim Menschen verglichen
mit der Sequenz von Menschenaffen sowie Mäusen. Dabei fanden
die Wissenschaftler heraus, dass das menschliche FOXP2 Gen eine
ganz spezifische Sequenzvariation aufweist, die sie bei den anderen
Spezies nicht nachweisen konnten. Diese geringfügige Änderung
könnte im Zuge der Evolution eine ganze Kette von weiteren
Änderungen nach sich gezogen haben; denn das FOXP2-Gen stellt
die Bauanleitung für einen Transkriptionsfaktor bereit - ein Protein,
dass die Aktivität zahlreicher anderer Gene steuert. Die Leipziger
fanden Hinweise dafür, dass die menschliche Form von FOXP2 für
seinen Träger vorteilhaft gewesen sein muss und daher vermutlich
maßgeblich mit der Entwicklung der menschlichen Sprache
verknüpft ist.
Im Gegensatz zu Mäusen und Menschenaffen lernen zahlreiche
Vogelarten ihre Gesangsmuster ähnlich wie Menschen das
Sprechen. Constance Scharff, Forschungsgruppenleiterin am
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, wollte daher
herausfinden, ob die beim Menschen gefundene Sequenzvariation in
FOXP2 auch bei Gesang lernenden Vögeln existiert. Zusammen mit
Sebastian Haesler sowie den Kollegen von der amerikanischen
Duke-Universität, Erich Jarvis und Kazuhiro Wada, verglichen sie
die Expression von FoxP2 im Gehirn Gesang lernender Vögel, wie
Zebrafinken, Kanarienvögeln, Sittichen, Spatzen, Meisen und
Kolibris sowie nicht Gesang lernender Vögel, wie zum Beispiel
Ringeltauben. Darüber hinaus studierten die Forscher das Gen bei
den nächsten Verwandten der Vögel, den Krokodilen.
Zunächst einmal interessierten sie sich dafür, wann und wo das Gen
im Vogelhirn exprimiert wurde: Waren es Regionen, die für die
Gesangsproduktion verantwortlich sind oder für das Gesangslernen,
und wurde das Gen in erster Linie während der Lern- oder
Produktionsphase exprimiert? Darüber hinaus analysierten die
Forscher die Struktur des Singvogel-Gens und verglichen sie mit
der menschlichen Form von FOXP2. Dabei kamen sie zu dem
Ergebnis, dass das FoxP2-Gen beim Zebrafinken dem des Menschen
sehr ähnelt, allerdings nicht die beim Menschen gefundenen
charakteristischen Sequenzvariationen aufweist.
 Entwicklungsabhängige Expression von FoxP2 beim Zebrafinken:
Der Zeitbalken in der Mitte gibt die Zeitspanne (in Tagen) vom
Schlüpfen bis zum Erwachsenenalter an. Links unten ein
schlüpfender Fink, daneben ein junges Männchen neben seinem
erwachsenen Tutor, von dem er den Gesang lernt (die
entsprechenden Sonogramme in der Bildzeile darunter); ganz
rechts ein erwachsener Fink. Zu diesem Zeitpunkt hat der Vogel
den Gesang vom Tutor gelernt(vergleiche Sonogramm). Die Bilder
oberhalb des Zeitbalkens zeigen die Expression des FoxP2-Gens im
Gehirn des Zebrafinken in Abhängigkeit vom Entwicklungsstadium
(die Regionen mit aktivem FoxP2 sind weiß). Die für das Lernen
essenzielle Struktur Area X (siehe Pfeil)weist in der Lernphase (50
Tage) besonders viel Aktivität auf.
Bild: MPI für molekulare Genetik
"Offensichtlich ist diese Veränderung nicht zwingend erforderlich für
das Gesangslernen, zumindest nicht bei Vögeln", erklärt Constance
Scharff, "oder es gibt eine andere Variation im Singvogel-Gen, die
dazu geführt hat, dass diese Fähigkeit entwickelt wurde." In
Zusammenarbeit mit den Leipziger Max-Planck-Wissenschaftlern
will Scharff daher herausfinden, ob ein Sequenzvergleich zwischen
dem FoxP2-Gen von Gesang lernenden und nicht lernenden Arten
Unterschiede zu Tage fördert, analog zu denen zwischen Mensch
und Schimpanse.
Ganz sicher sind sich die Forscher bei der Identifizierung der
relevanten Hirnregionen - FOXP2 wird tatsächlich bei Vögeln wie bei
Säugetieren, einschließlich dem Menschen, in den Basalganglien
exprimiert, und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn die Vögel
Gesangsmuster erlernen. Im Fall von Zebrafinken ist das während
der frühen Entwicklung, bei Kanarienvögel dagegen saisonal. "Wir
konnten feststellen, das der FoxP2 Level in einem
Basalganglien-Kern, der für das Gesangslernen spezialisiert ist,
genau zu jenem Zeitpunkt anstieg, wenn die Vögel ihren Gesang
änderten", erklärt Scharff. "Vergleichbare Änderungen konnten wir
bei den nicht Gesang lernenden Arten nicht nachweisen."
Auf der Basis dieser Befunde erhoffen sich die Forscher nun weitere
Erkenntnisse über den Beitrag der Gene zur Architektur und
Funktion jener Schaltkreise im Gehirn, die den Vogelgesang
steuern. Die Entdeckung von FoxP2 bei Vögeln stellt lediglich einen
Anfang dar, noch ist nicht direkt gezeigt, warnt Scharff, dass das
Gen notwendig ist für das Gesangslernen. Versuche, FoxP2
gentechnisch zu verändern und die möglichen Auswirkungen auf
den Vogelgesang zu studieren, stehen daher ganz oben auf ihrem
Arbeitsprogramm.
Originalveröffentlichung:
S. Haesler, K. Wada, A. Nshdejan, E. Mooisey, E.K.T. Lints, E.D. Jarvis, and C. Scharff
FOXP2 Expression in Avian Vocal Learners and Non-Learners
Journal of Neuroscience, 24(13): 3164-3175
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Dr. Constance Scharff
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin
Tel.: +49 30 8413-1214
Fax: +49 30 8413-1383
E-Mail: scharff@molgen.mpg.de
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