Kleine Fischpopulationen häufen schädliche Mutationen an, die die Lebensspanne verkürzen
Eine genetische Studie an wild lebenden Killifischen zeigt, dass kleine Populationen Mutationen ansammeln, die das Leben verkürzen, und hilft den Wissenschaftlern, besser zu verstehen, wie sich die Lebensspanne zwischen Populationen entwickeln kann.
Populationsengpässe tragen zur Anhäufung mehrerer schädlicher Mutationen bei, die bei Killifischen altersbedingte Krankheiten verursachen - eine Erkenntnis, die zur Beantwortung einer Schlüsselfrage des Alterns beitragen könnte.
Die Studie, die am 1. September in eLife veröffentlicht wurde, zeigt, warum Killifische schädliche Mutationen ansammeln, die altersbedingte Krankheiten wie Krebs oder neurodegenerative Erkrankungen verursachen, die die Lebensspanne verkürzen. Dies könnte Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie sich die Lebensspanne in verschiedenen Populationen entwickelt, und könnte zu neuen Erkenntnissen über das menschliche Altern führen.
Die sehr kurze Lebenszeit von türkisfarbenen Killifischen - zwischen drei und neun Monaten - macht sie zu einem idealen Modell für die Untersuchung des Alterns. Killifische leben in Afrika in zeitlich begrenzten Teichen, die während eines Teils des Jahres austrocknen, was bedeutet, dass sie schlüpfen, reifen und sich fortpflanzen müssen, bevor dies geschieht. Ihre Eier überleben die Trockenzeit in einem winterschlafähnlichen Zustand und schlüpfen, wenn der Regen den Teich wieder füllt und eine neue Generation entsteht.
"Wir wollten die Gründe für die unterschiedliche Lebenserwartung der verschiedenen türkisfarbenen Killifischpopulationen erforschen", erklärt der Erstautor der Studie, David Willemsen, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns in Köln, Deutschland.
Für ihre Studie führten Willemsen und der Hauptautor Dario Riccardo Valenzano Feldarbeiten in Savannentümpeln in Simbabwe durch, um Genomproben der Killifische zu fangen und zu sammeln, die dann im Labor sequenziert und analysiert wurden. Anschließend verglich das Team die Genome von Killifischen, die in den trockensten Umgebungen leben und die kürzeste Lebenszeit haben, mit den Genomen von Killifischen aus feuchteren Umgebungen, die monatelang leben.
Die kurzlebigen Killifische haben sehr kleine, oft isolierte Populationen, was zu so genannten Populationsengpässen führt, die, wie das Team feststellte, zu einer Anhäufung schädlicher Mutationen in ihren Populationen führen. Im Gegensatz dazu haben die langlebigeren Killifische größere Populationen, zu denen häufig neue Fische mit neuem genetischen Material hinzukommen. Diese größeren Populationen machen es der natürlichen Auslese im Laufe der Zeit leichter, schädliche Mutationen zu entfernen.
"Begrenzte Populationsgrößen aufgrund von Lebensraumfragmentierung und wiederholten Populationsengpässen erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass sich schädliche Mutationen in der Population ansammeln", sagt Willemsen. "Unsere Arbeit könnte zur Beantwortung einer Schlüsselfrage des Alterns beitragen, indem sie nahelegt, dass die Populationsdynamik und nicht die evolutionäre Selektion für oder gegen bestimmte Gene zu dieser Anhäufung schädlicher Mutationen beiträgt, die zu Alterung und kürzerem Leben führen".
Die Ergebnisse stützen ein Modell, bei dem Killifische angesichts der kurzen Regenzeiten unter starkem Selektionsdruck stehen, um in Abwesenheit von Wasser als schlafende Embryonen zu überleben und rasch die Geschlechtsreife zu erreichen und sich fortzupflanzen, bevor das Wasser vollständig verdunstet. Das Team glaubt jedoch, dass Killifische nicht auf Kurzlebigkeit selektiert sind. Stattdessen häufen sich schädliche Mutationen, die das späte Überleben und die Fortpflanzung beeinträchtigen (und die zusammen das Altern des Killifischs verursachen), über Generationen hinweg an, ohne durch Selektion eingeschränkt zu werden.
"Schädliche Mutationen akkumulieren passiv in Killifischpopulationen, und dies ist sogar noch ausgeprägter in kleineren Populationen, die zufällig in trockeneren Umgebungen leben", sagt Seniorautor Dario Riccardo Valenzano, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biologie und Altern und Principle Investigator am CECAD, dem Exzellenzcluster für Alternsforschung an der Universität zu Köln, Deutschland. "Unsere Ergebnisse unterstreichen die Rolle demografischer Zwänge bei der Gestaltung der Lebensspanne innerhalb von Arten und könnten möglicherweise erweitert werden, um neue Erkenntnisse über das Altern in anderen Tier- und Menschenpopulationen zu gewinnen."
