„Wann ist ein Mann ein Mann?”, röhrte Herbert Grönemeyer 1984 durch die Top Ten der Hitparaden. Ein Genetiker hätte dem Sänger wissenschaftlich korrekt geantwortet: Wenn er ein Y-Chromosom hat. Dieses Gen-Knäuel bestimmt bei Säugetieren das Geschlecht. Aber das Y-Chromosom ist in Gefahr. Entstanden vor 200 oder 300 Millionen Jahren, ist es heute nur noch ein Schatten seiner Selbst. Und in 100 Millionen Jahren wird es ganz verschwunden sein, behauptet der Humangenetiker David Page vom Whitehead Institut für biomedizinische Forschung in Cambridge, USA. Diese Prognose stellten er und seine Kollegen, nachdem sie einen Blick tief in die molekulare Vergangenheit des Männerchromosoms geworfen hatten.
Der Mensch hat zwei Geschlechts-Chromosome: das X- und das Y-Chromosom. XY-Menschen sind Männer, XX-Menschen Frauen. Früher einmal waren X und Y echte Partner. Sie haben, wie alle unsere anderen 22 Chromosomenpaare – Autosomen genannt – genetische Informationen untereinander ausgetauscht. Doch diese „ Rekombination” erlahmte im Laufe der Evolution. Die Geschlechts-Chromosomen entwickelten sich in unterschiedliche Richtungen. Heute sind unser X und Y geschieden: Sie haben kaum noch Gemeinsamkeiten, das Y ist geschrumpft. Wie ist es dazu gekommen?
Schon die Erforschung des Y-Chromosoms startete mit Tiefschlägen. In den zwanziger Jahren wurde es erstmals im Mikroskop gesichtet. Danach versuchten die Forscher herauszufinden, welche Eigenschaften es exklusiv vom Vater auf den Sohn weitergibt. Töchter gehen bei dieser Vererbung mangels Y leer aus. Ein Gen war ein besonders heißer Kandidat: „Hairy Ears” -Gen hieß es. Es sollte den Männern Haare aus den Ohren wachsen lassen. Doch die Methoden der klassischen Genetik funktionierten bei diesem Chromosom nicht, die Erkenntnisse über Y-Gene blieben schwammig. Der Todesstoß kam im Jahr 1957. In einer furiosen Rede vernichtete der damalige Präsident der American Society of Human Genetics, der Genetiker Curt Stern, auf einem Kongress das Männlichkeitsmolekül rhetorisch. „Am Ende seiner Rede gab es keine Gene auf dem Y-Chromosom mehr. Stern hat eines nach dem anderen bombardiert”, berichtet David Page. Das seines Sinns beraubte Y-Chromosom wurde zur genetischen Wüste, überflüssig es weiter zu erforschen.
Erst in den letzten zehn Jahren haben Page und andere Forscher das Chromosom intellektuell wieder aufgebaut. Sie entdeckten bis heute darauf rund 50 Gene. Das ist wenig, verglichen mit seinem Ex-Partner: Auf dem X-Chromosom sitzen rund 2000 Gene. Rund die Hälfte der Y-Gene sind so genannte Haushalts-Gene. Sie übernehmen essenzielle Funktionen und sind in allen Körperzellen aktiv. Die andere Hälfte der Y-Gene dient dem „Männer-Machen”. Sie sind ausschließlich in den Spermien-produzierenden Geweben der Hoden aktiv und unersetzbar für die Mann-Werdung. Fast ein Viertel aller Fälle von männlicher Unfruchtbarkeit lässt sich auf den Verlust solcher Y-Gene zurückführen. Der entscheidende Schalter, der den Menschen männlich werden lässt, ist das SRY-Gen. SRY ist die Abkürzung von „Geschlecht(Sex)-determinierende Region auf dem Y-Chromosom”. Dieses Gen initiiert im Embryo eine Kaskade von Ereignissen, die mit der Entwicklung von männlichen Geschlechtsorganen und Spermazellen enden.
Die Forscher glauben heute, dass die Entstehung des SRY-Gens der Auslöser für die Entwicklung von X- und Y-Chromosomen bei Säugetieren war. Page und seine Mitarbeiter untersuchten die Y-Chromosomen verschiedener Tierarten und blickten dabei weit zurück in deren molekulare Vergangenheit.
Vor rund 240 bis 350 Millionen Jahren, kurz nachdem sich die evolutionären Linien von Reptilien und Säugetieren getrennt hatten, verwandelte sich ein Paar ganz normaler Chromosomen zu Geschlechts-Chromosomen. „Ein großartiges Experiment der Natur”, sagt Page. Damals entstand auf einem der bis dahin identischen Partner das tyrannische Männer-machende SRY-Gen. Es übernahm das Kommando über die sexuelle Entwicklung, die bis dahin nur durch Umwelteinflüsse gesteuert wurde. Diese alte Form der Geschlechtsbestimmung findet man noch häufig im Tierreich. Bei Reptilien und Schildkröten beispielsweise entscheidet die Temperatur im Gelege über das Geschlecht der Nachkömmlinge.
Seit dem Überfall macht das SRY-Gen seinem Chromosom beträchtlichen Ärger. Denn um zu verhindern, dass SRY durch Rekombination auf seinen damaligen X-Partner gelangte und damit jeden unserer Vorfahren zum Mann gemacht hätte, musste eben dieser molekulare Handel mit Genen und Chromosomenstücken strikt unterbunden werden. „Die Rekombination wurde zunächst rund um das SRY-Gen unterdrückt, und mit der Zeit wurde diese Region immer größer”, vermutet William Rice, Evolutionsbiologe von der University of California in Santa Barbara.
Damit begann die molekulare Scheidung der Partner. Stück für Stück wurde der Gen-Handel weiter eingeschränkt. Heute sind nur noch fünf Prozent von X und Y einander ähnlich genug, um miteinander DNA zu tauschen.
Doch die Unterdrückung des Gen-Handels hat drastische Folgen. Wenn Gene nicht mehr zwischen Chromosomen ausgetauscht werden, dann können schädliche Veränderungen an den Genen auch nicht mehr vom Partner korrigiert werden. Die Folge: Schlechte Mutationen häufen sich. Die davon betroffenen Gene können ihre Funktion nicht mehr wahrnehmen, und die Zelle legt sie irgendwann still. Damit erlischt auch der Selektionsdruck auf die Gene, und sie verschwinden im Laufe der Evolution.
Genau dies ist vermutlich auf dem Y-Chromosom geschehen. Darauf fanden Page und sein Mitarbeiter Bruce Lahn, der heute an der Universität in Chicago arbeitet, etliche funktionslose Gene, so genannte Pseudogene. Ihre Gegenstücke auf dem X-Chromosom sind dagegen bis heute intakt, denn in Frauen konnten die beiden X-Partner unbehelligt vom Niedergang des Y-Chromosoms DNA und Gene tauschen.
Page und Lahn verglichen die heute ungleichen Gen-Partner X und Y im Detail und zeichneten so den evolutionären Niedergang des Y in den Säugetieren nach. Sie entdeckten mehrere entscheidende Schritte, in denen das Chromosom schrumpfte. Die jeweiligen Zwischenstationen findet man heute noch bei Schnabeltieren und anderen urtümlichen Säugetieren, den Kloakentieren, sowie bei Beuteltieren und manchen Affenarten. „ Das Y ist die verwesende Version des X-Chromosoms, ein lebendes Fossil der Evolution von Geschlechts-Chromosomen”, konstatiert Page. Es ist nur noch ein Drittel so groß wie zu Beginn seiner Entstehung. Und die Hälfte davon, der lange Arm des Y, enthält nur noch wenige funktionsfähige Gene, ist also akut vom Aussterben bedroht.
„Viele Spezies, etwa der Fadenwurm Caenorhabditis elegans, haben schon ihr Y-Chromosom verloren”, berichtet Rice. Das Phänomen ist übrigens nicht auf Männer beschränkt. Bei Vögeln, die unabhängig von den Säugetieren Geschlechts-Chromosomen entwickelten, haben die Weibchen ungleiche Geschlechts-Chromosomen – man nennt sie Z und W. Und auch bei ihnen degeneriert das geschlechtsbestimmende Chromosom.
Der Trend ist eindeutig. Das Y-Chromosom wird untergehen, wenn nichts dagegen geschieht. „Doch das ist nicht die ganze Geschichte”, wirft Page ein, um alle Männer zu beruhigen, die angesichts dieser Entdeckungen um die genetische Zukunft ihrer männlichen Nachkommen bangen. Chromosomen können nämlich nicht nur schrumpfen, sondern auch neue Gene und sogar ganze Chromosomenstücke rekrutieren und sich damit – zumindest für eine Weile – vor dem Exitus retten.
Dies ist vor etwa zwei Millionen Jahren bei der kleinen Fliege Drosophila miranda geschehen, wie das Forscherehepaar Sigrid und Manfred Steinemann von der Technischen Universität Darmstadt zeigte. Ein großes Stück des Chromosoms 3 heftete sich damals an das Y-Chromosom. Auch das menschliche Y-Chromosom hat im Laufe seines Niedergangs Gene aufgenommen, beispielsweise das DAZ-Gen, das eine Rolle bei der Spermienreifung spielt. Eine Kopie dieses Gens, das auf Chromosom 3 sitzt, integrierte sich auf dem Y und bildete dort weitere Kopien. Möglicherweise ist das rein zufällig passiert. Doch es gibt Gene, für die das Y-Chromosom der ideale Platz ist. Es sind die so genannten sexuell antagonistischen Gene. Dies sind Gen-Varianten, die einem Geschlecht – in diesem Fall den Männern – nützen, dem anderen Geschlecht – also den Frauen – schaden.
Ein Beispiel dafür sind Gene, die bei Guppys die Schuppen farbig schillern und den Schwanz prächtig groß werden lassen. Das ist zwar gefährlich, da es Fressfeinde anlockt, aber es macht Männchen attraktiver und bei der Balz erfolgreicher. Für die Weibchen ist eine auffällige Färbung jedoch nur riskant und nutzlos. Der logischerweise beste Platz für solche Gene ist also das Y-Chromosom, wo auch fast alle diese Gene angesiedelt sind.
Sexuell antagonistische Gene sind recht häufig. Rice hat im Genom von Drosophila-Fliegen „überraschend viele davon gefunden. Die Gene, die für die Fitness – den evolutionären Erfolg – erwachsener Männchen am besten waren, schadeten den erwachsenen Weibchen am meisten und umgekehrt.” Das ist möglicherweise der Grund, warum die Rekombination zwischen den Geschlechts-Chromosomen gestört ist. Denn der Fitness-Nachteil für die Weibchen zwingt solche Gene geradezu auf ein Chromosom, das nicht in die weibliche Linie gelangen kann. „Diese Theorie würde erklären, wie die natürliche Selektion die Rekombination zwischen den Geschlechts-Chromosomen verhindert. Die Fliegendaten sind erste Beweise dafür”, meint Rice. Er glaubt, dass auch auf dem menschlichen Y-Chromosom solche Gene sitzen und es noch mehr davon im Genom gibt, die das Y vor dem Niedergang retten könnten.
Kompakt
• Das männliche Y-Chromosom hat nur noch ein Drittel seiner ursprünglichen Größe.
• Es weist beim Menschen nur etwa 50 funktionierende Gene auf. Der Rest ist funktionsunfähiger Schrott.
• In der Evolution wird das Y-Chromosom weiter schrumpfen.
Karin Hollricher
