Wiederauferstehung der Tiere

Das Zusammensetzen dieser Schnipsel vergleicht Pask mit einem Puzzle aus 30 Millionen Teilen. „Sie haben zwar die Schachtel mit allen Teilen, aber ohne das aufgedruckte Bild, das zeigt, wie das fertige DNA-Puzzle aussehen soll“, sagt der Genetiker. Deshalb legten er und sein australisch-deutsches Forscherteam die 108 Jahre alten Beutelwolf-Schnipsel über das bereits entschlüsselte Erbgut des verwandten Tasmanischen Teufels. Wie auf einer Blaupause konnten sie so sehen, wo sich das Erbgut der beiden Tierarten überschneidet und wo es Unterschiede gibt. Dieses entschlüsselte Beutelwolf-Erbgut stimmt mit jenem des Tasmanischen Teufels zu fast 90 Prozent überein.

Die hohe Übereinstimmung täuscht, denn jeder Unterschied in der Erbinformation bedeutet den Verlust spezifischer Gene der Original-Spezies. Das können optische Unterschiede wie die Fellfarbe sein, aber genauso gut funktionale wie beispielsweise das Riech- oder Sehvermögen. Ein Nachbau wäre ohne diese fehlenden Gene nicht vollständig. Mittlerweile hat sich glücklicherweise gezeigt, dass der Beutelwolf einen weiteren Verwandten hat, dessen Blaupause besser passt als jene des Tasmanischen Teufels. Es ist die dickschwänzige Schmalfußbeutelmaus, „Dunnart“ genannt. Auf den ersten Blick ist der Unterschied zu dem bis zu 30 Kilogramm schweren Beutelwolf groß: Der Dunnart wiegt gerade einmal 25 Gramm und gleicht mit seinen großen Augen und Ohren eher einer Wüstenmaus als einem Raubtier. Doch weil der Kleinsträuber näher mit dem Beutelwolf verwandt ist als der Tasmanische Teufel, lassen sich die DNA-Schnipsel des Beutelwolfs besser auf dessen Erbgut aufbringen.

Mit diesem Bauplan stricken die Forscher eine Hybrid-DNA aus dem Erbgut der beiden Tierarten. Dafür verwenden sie die Genschere CRISPR-Cas9. Sie kann mit hoher Präzision einen Abschnitt in der Dunnart-DNA finden und durchschneiden. Die Genschere besteht einerseits aus einem Protein, das DNA schneidet, und aus einem kurzen Stück RNA, das dem Scheren-Protein als Navigationshilfe dient. So kann die Genschere an einen vordefinierten DNA-Abschnitt andocken. Dann wickelt sich das Protein um den DNA-Strang und schneidet das Stück Dunnart-Erbgut heraus.

Die Genschere ermöglicht es den Forschern außerdem, chirurgisch präzise ganze Genvarianten durch neue zu ersetzen. Dazu reichern sie die Genschere mit einer dritten Substanz an: mit der DNA der Gene, die in das Erbgut geschleust werden sollen. Nach dem Ausschneiden setzt CRISPR-Cas9 diese neue DNA direkt an der Bruchstelle ein, dort, wo die alte fehlt. So wird das Dunnart-Erbgut nach und nach mit den Beutelwolf-Puzzleteilen aufgefüllt. „Das funktioniert im Prinzip wie Suchen-und-Ersetzen in einem Word-Dokument“, sagt Pask. Die eingeschleusten Genvarianten steuern unter anderem das Aussehen des Hybridtieres, etwa die hundeartige Kopfform.

Welpen so klein wie ein Reiskorn

Der Beutelwolf ist weder mit Wölfen noch mit Tigern verwandt. Wie das Känguru zählt er zu den Beuteltieren, die embryoartige, winzige Junge gebären. Dieser Umstand ist für die spätere Leihmutterschaft wichtig. „Die Jungen von Beutelwolf und Dunnart sind bei der Geburt nur so groß wie ein Reiskorn“, so Pask. „Zumindest am Anfang kann ein Dunnart-Weibchen einen Beutelwolf-Welpen in ihrem Beutel ernähren und großziehen.“ Sollte sich das mausgroße Beuteltier doch als zu klein für eine Schwangerschaft herausstellen, will Pask ein Teufel-Weibchen als Leihmutter einsetzen. Es wird aber wohl erst in etwa zehn Jahren so weit sein, dass Pask die fertige DNA eines Beutelwolf-Hybriden in die Eizelle eines Dunnarts verpflanzen kann. So lange dauert es schätzungsweise noch, bis die Forscher die wichtigsten Beutelwolf-Gene ausgesucht und mit dem Dunnart-Erbgut verflochten haben.

Grund dafür ist der hohe Aufwand der Genchirurgie. Das Ersetzen ganzer Genabschnitte dauert lange und ist äußerst kostspielig. Pro Durchgang können nur einige Dutzend Genabschnitte ausgetauscht werden. Für eine komplette Hybrid-DNA wären aber Millionen solcher Eingriffe nötig. Pask sieht diesem Umstand gelassen entgegen: „Das Entschlüsseln des kompletten menschlichen Erbgutes kostete vor 20 Jahren noch drei Milliarden US-Dollar. Heute kostet es weniger als 1.000 US-Dollar und dauert nur mehr wenige Tage.“

Mammut-Gene wiederbeleben

Auf Geld muss George Church nicht achten. Der Genetiker von der Harvard University will das Wollhaarmammut mithilfe von modernem Elefanten-Erbgut wieder zurück ins Leben holen und in der sibirischen Tundra ansiedeln. Dafür hat er 2021 das Biotech-Unternehmen Colossal gegründet und mittlerweile Finanzspritzen in Höhe von rund 225 Millionen US-Dollar eingestrichen, die unter anderem von prominenten Investoren wie den Winklevoss-Brüdern und Paris Hilton stammen. So ausgerüstet, soll in nur sechs Jahren das erste Exemplar eines Mammut-Hybriden von einer Elefantenkuh ausgetragen werden.

Die genetische Blaupause für Churchs Vorhaben ist der Asiatische Elefant. Der ist näher mit dem ausgestorbenen Mammut als mit Afrikanischen Elefanten verwandt und damit der ideale Kandidat. Die beiden Dickhäuterarten sind sogar näher miteinander verwandt als der Beutelwolf mit dem Dunnart. Weil die genetischen Unterschiede relativ gering sind, müsste Church die Genschere CRISPR-Cas9 weniger häufig einsetzen als Pask beim Beutelwolf.

Das Erbgut dafür stammt aus Knochenfunden gefrorener Mammutleichen, die zwischen 4000 und einer Million Jahre alt sind. Churchs Team liegen die Baupläne von 25 Mammuts und modernen Elefanten vor. „Das ist mehr als wir bräuchten, ist aber wichtig für die genetische Vielfalt der Hybriden“, so Church. Mit dem Erbgut könnten die Colossal-Forscher ein zu 95 Prozent echtes Mammut erschaffen. Doch trotz der nahen Verwandtschaft und des gut erforschten Mammut-Erbguts würde das Zusammensetzen der DNA noch 1,4 Millionen Einschnitte mit der Genschere CRISPR-Cas9 erfordern. Das treibt Zeit und Kosten schon für einen ersten, einzelnen Mammut-Nachbau enorm nach oben. Die von Church angepeilte Mammut-Massenproduktion wäre damit unmöglich.

Deshalb wählt Churchs Team nur die wichtigsten 60 Genvarianten aus, die das Aussehen und die Widerstandskraft der Hybriden steuern. Dazu zählen die Genvarianten, die für den Fellwuchs der Mammuts sorgten. Mammuts hatten zudem Talgdrüsen, die sie zusammen mit dem dichten Fell vor Kälte schützten. Heutigen Elefanten fehlen diese Talgdrüsen. Noch ein weiteres Kälte-Abwehr-Gen will Church einbauen: Es ist laut einer Studie dafür verantwortlich, dass der Farbstoff Hämoglobin im Mammut-Blut mehr Sauerstoff bei tiefen Temperaturen transportieren kann als bei Elefanten. Ein Überleben der Tiere in Sibirien ist ohne das Gen undenkbar.

Genauso wichtig ist auch ein Virenschutz-Gen, das in beiden Tierarten bislang nicht vorkommt. „Weder Mammuts noch Asiatische Elefanten sind genetisch gegen das tödliche Elefanten-Herpesvirus EEHV geschützt. Per Gentechnik können wir diese Schutzfunktion im Erbgut verankern“, sagt Church. Genauso ließe sich steuern, wie lang die Stoßzähne der Tiere werden. In freier Wildbahn will Church ihre Länge per Genschalter reduzieren, damit die haarigen Elefanten nicht Wilderern zum Opfer fallen.

Tausende Tiere will Colossal produzieren und in Sibirien freilassen. „Aber nicht, um eine hundertprozentige Kopie des Mammuts zu schaffen. Wir erwecken nicht das Mammut zu neuem Leben, sondern nur einige seiner Gene“, sagt Church. „Wir schließen damit die ökologische Lücke, die die Tiere nach ihrem Aussterben hinterlassen haben.“ Damit deutet er auf die veränderte Fauna und die schmelzenden Permafrostböden der sibirischen Tundra. Denn Mammuts schubsten gerne Bäume um und trampelten Sträucher und Gräser im Erdreich fest. Ein derart verdichteter Boden könnte heutzutage verhindern, dass klimaschädliche Gase aus dem tauenden Tundra-Boden entweichen, sagt Church. Die Hybrid-Mammuts sind für ihn lebende Rüttelplatten gegen die Erderwärmung.

Verlorenes Erbgut und hohe Kosten

Weiter südlich und in deutlich wärmerem Klima starb ein Nager aus, der kaum wie ein Mammut bewundert würde, ließe man ihn wiederauferstehen. Die Maclear-Ratte lebte so lange auf der Weihnachtsinsel im Indischen Ozean, bis Europäer Hausratten mit Krankheiten einschleppten, gegen die sie nicht gewappnet war. Seit 1908 ist kein Tier dieser Art mehr gesehen worden. Doch vor kurzem hat ein internationales Team von Wissenschaftlern untersucht, ob und wie gut sich das Erbgut der Maclear-Ratte wiederherstellen lässt.

Tatsächlich auferstehen soll die Maclear-Ratte aber nicht mehr. „Wir haben lediglich überprüft, wo die Grenzen der genetischen Rekonstruktion liegen“, sagt der Evolutionsbiologe Tom Gilbert von der Universität Kopenhagen, der an der Studie beteiligt war. Die Studie zeigt: Fehlt auch nur ein Bruchteil der ursprünglichen genetischen Puzzleteile, ist ein vollständiges Wiederherstellen einer Art unmöglich. Um das zu beweisen, gewann Gilberts Team aus der getrockneten Haut zweier Museumsstücke die stark zerstückelte DNA der Maclear-Ratte. Anschließend verglichen sie sie mit dem Erbgut der Wanderratte, ihrem nächsten noch lebenden Verwandten.

Die Gene, die das Fell- und Ohrwachstum steuerten, waren besonders gut erhalten. Würde Gilbert die Maclear-Ratte wieder zum Leben erwecken, sie würde wohl annähernd so aussehen wie das Original. Mehr als 95 Prozent ihres genetischen Bauplanes rekonstruierten die Forscher. Doch gerade die fehlenden fünf Prozent der Gene fallen ins Gewicht. „Sie steuerten das Immunsystem und den Geruchssinn der Tiere und waren perfekt auf die Umgebung der Weihnachtsinsel angepasst“, sagt Gilbert. „Die Ratte ohne diese wichtigen Funktionen zu erschaffen, wäre unethisch.“

Die verlorenen Immun- und Riechgene lassen sich nicht wiederherstellen. Dazu sind die DNA-Bruchstücke zu klein. Doch auch, wenn diese Puzzleteile lang genug wären, würde sich für die gewonnenen Gene oft nicht der richtige Platz auf dem DNA-Strang finden. „Das ist so, als würden wir eine moderne Bibel mit einer aus dem 15. Jahrhundert vergleichen“, sagt Gilbert. „Auch wenn wir übereinstimmende Wörter finden, hätte sich im Laufe der Zeit ihre Bedeutung verändert.“ Das betrifft besonders Gene, die sich nach dem evolutiven Auseinanderdriften zweier Arten wie der Maclear- und der Wanderratte entwickelten.

Gilbert ist auch skeptisch, was die Qualität des Verflechtens alter und moderner DNA mit der Genschere betrifft. „Die Analogie mit Suchen-und-Ersetzen stimmt schon“, sagt der Evolutionsbiologe. „Aber dabei treten auch Fehler auf. Es werden ungewollt falsche Abschnitte in der DNA ersetzt.“ Das schlägt sich in Geburtsfehlern und unvorhersehbaren Änderungen nieder. Am Ende kommt deshalb ein Tier heraus, dass zwar eine Nische im Ökosystem füllt, dabei aber nicht wie das Original aussieht. Statt eines Mammuts sei eher ein haariger Elefant zu erwarten, so Gilbert, ein anderes Tier eben. Schon deshalb könne der künstliche Hybrid die ökologische Lücke kaum füllen. Das sei aber auch nicht notwendig: „Erstens hat sich die Natur ohnehin angepasst. Und zweitens ist die Wissenschaft dieser Bestrebungen für sich genommen spannend genug. Das Klimawandel-Argument und den damit verbundenen Hype hat sie nicht nötig.“

Fehleranfälliges Klonen

Eine perfekte Kopie erreichen die Forscher nur mit Klonen. Das geht allerdings nur, wenn vor dem Aussterben lebende Zellen eingefroren wurden. Knapper als bei dem spanischen Pyrenäensteinbock geht das kaum. Der Endling dieser Tierart war ein zwölfjähriges Weibchen namens Celia. Ihr entnahmen spanische Forscher Hautzellen und froren diese ein. Gerade noch rechtzeitig, denn kurz danach wurde Celia von einem Baum erschlagen. Jäger hatten die Tierart in den Jahrzehnten zuvor bis zur Ausrottung dezimiert. Mit Celia starb der Pyrenäensteinbock im Jahr 2000 aus.

In den folgenden drei Jahren saugte das Team Zellkerne aus Celias Hautzellen und spritzte sie in entkernte Eizellen von Steinböcken und Hausziegen. So entstanden anfangs 400 Embryos, von denen etwa 50 überlebten und in Leihmütter eingepflanzt wurden. Sieben der Ziegen wurden schwanger, und eine gebar 2003 tatsächlich per Kaiserschnitt einen Pyrenäensteinbock-Klon. Zunächst öffnete das Kitz die Augen, hatte einen regelmäßigen Herzschlag und schlug mit den Beinen.

Doch nach wenigen Minuten geriet das Kitz in Atemnot und starb. Bei der Autopsie bemerkten die Forscher, dass ein Teil der Lunge kollabiert war. Gleich daneben war ein überschüssiger, dritter Lungenflügel gewachsen, der nicht zum Atmen taugte, aber den Brustraum versperrte. Die Autopsie der Wissenschaftler ergab, dass das Kitz tatsächlich ein hundertprozentiger Pyrenäensteinbock war.

Der Geburtsfehler von Celias Nachkömmling war keine Ausnahme. Denn ein derartiges Klonen per Zellkerntransfer hat einen Haken. Nicht einmal in zehn Prozent der Versuche schafft es die Eizelle durch alle Entwicklungsstadien bis zur Geburt. Warum die Erfolgsrate so niedrig ist, haben US-amerikanische und französische Wissenschaftler 2016 in einer Studie untersucht. In geklonten Kuh-Embryos beobachteten sie schon im Frühstadium Fehler bei der Genexpression, also dem Aufbau von Proteinen nach genetischer Anleitung. Diese Fehler verhinderten das Einnisten der gentechnisch veränderten Eizellen in der Gebärmutter. Bis zu 5.000 Gene sind von dem Fehler betroffen. Abhilfe gibt es keine.

Nachzüchtungen in freier Natur

Es gibt noch einen dritten Weg, um ausgestorbene Tierarten zumindest annähernd zurück ins Leben zu holen. Über Jahre haben niederländische Züchter alte Rinderrassen so miteinander gekreuzt, dass sie möglichst viele Eigenschaften des ausgestorbenen Auerochsen besitzen. Das Resultat dieser Abbild-Züchtungen trägt bereits Früchte. Im April 2021 entließen die Forscher 20 Exemplare der „Tauros“ genannten Hybrid-Rinderrasse in den Naturpark La Maleza im Osten Spaniens und anderswo in Europa.

In den Jahren zuvor hatten die Tauros-Forscher sechs Rinderrassen identifiziert, die noch Überbleibsel des Auerochsen-Erbgutes in sich tragen. Es handelt sich dabei um alte südeuropäische Rassen, zu denen auch das weltgrößte Maremmaner-Rind aus der Toskana gehört. Diese kreuzten die Forscher so lange untereinander, bis sich möglichst viele Gene des 180 Zentimeter großen Auerochsen im Tauros-Rind konzentrierten. Eine Studie britischer Genetiker bestätigt die enge Verwandtschaft des Auerochsen mit diesen alten Rinderrassen.

Ab 2025 sollen sich die Tauros-Rinder ganz von allein in der Wildnis ausbreiten. Waren anfangs noch künstliche Befruchtung und Embryo-Transplantationen nötig, um eine künstliche Selektion günstiger Auerochsen-Gene zu erzielen, vermehren sich die Tauros-Rinder innerhalb des spanischen Naturparks schon jetzt autonom. Sie könnten bald eine wichtige Nische füllen, die der Auerochse nach seinem Aussterben vor 400 Jahren hinterlassen hat. Das Grasen und Trampeln der bis zu einer Tonne schweren Tiere erhielt offene Grasländer und hinderte Wälder an zu starker Ausbreitung.

Die Rinder sehen so aus wie ihre Urahnen, und sie verhalten sich auch ähnlich. Doch eines ist klar: Identisch sind sie nicht. Spätestens nach ein paar Jahren ist jede ausgestorbene Spezies für immer verloren, weil ihr Erbgut nur mehr in Bruchstücken vorliegt. Die „Wiederauferstehungen“ aus DNA-Puzzleteilen sind bestenfalls Zerrbilder. Manchmal wird Andrew Pask deshalb gefragt, ob sein Beutelwolf-Experiment nicht zu stark in die Natur eingreift – und ob er Gott spielen will. Seine Antwort ist lapidar: „Haben wir das nicht bereits getan, als wir den Beutelwolf ausgerottet haben?“