Mit Kanonen auf Spatzen zu schießen kann evolutionär sinnvoll sein

11. Juli 2013, 14:18
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Neues Modell: Überschießende Abwehrreaktionen bescheren für Individuen zwar Nachteile, Gesamtspezies hat dadurch aber Vorteile

Wien - In der Natur kann es öfter passieren, dass Abwehrreaktionen gegenüber Fressfeinden, Parasiten oder Krankheitserregern heftiger ausfallen, als es scheinbar notwendig wäre. Das kann sogar dazu führen, dass sich die eigene Immunabwehr auf gesundes Gewebe stürzt. Was wie ein Fehler wirkt, könnte tatsächlich aber einen wichtigen Zweck erfüllen, wie eine internationale Forschergruppe mit Wiener Beteiligung nun festgestellt hat.

Die Wissenschafter haben ein Modell entwickelt, mit dem gezeigt werden kann, dass es aus evolutionärer Sicht für eine Spezies langfristig durchaus sinnvoll ist, über eine etwas zu aktive Abwehr zu verfügen, selbst wenn das für den Organismus auch Nachteile hat. Die Wissenschafter stellten ihren Ansatz kürzlich in der Fachzeitschrift "Nature Communications" vor.

Manchmal schießt der Körper mit Kanonen auf Spatzen. Beispielsweise, wenn im Zuge einer allergischen Reaktion das Immunsystem ausrückt, um eigentlich harmlose Pflanzenpollen anzugreifen. Doch in einigen Fällen braucht das körpereigene Abwehrsystem nicht einmal eine von außen kommende Substanz, um extrem zu reagieren. Auch Autoimmunerkrankungen wie etwa Schuppenflechte (Psoriasis) oder bestimmte rheumatische Erkrankungen sind weit verbreitet, obwohl sie keinen Nutzen mit sich bringen, sondern dem Organismus sogar schwere Schäden zufügen können.

Für die Gesamtspezies vorteilhaft

Die Evolutionstheorie postuliert jedoch, dass eigentlich jene Individuen im Vorteil sind, die am besten an die Lebensbedingungen angepasst sind. Diesem Anforderungsprofil kann ein Immunsystem, dass ständig Teile des eigenen Körpers als zu bekämpfenden Fremdkörper und potenzielle Krankheitserreger missinterpretiert und attackiert, nicht gerecht werden. Solche evolutionäre Merkmale sollten eigentlich aussortiert werden und daher seltener sein.

Mit Hilfe eines mathematischen Modells das auf dem Konzept der "asymmetrischen Selektion" beruht, haben nun der Mathematiker Reinhard Bürger von der Universität Wien und US-amerikanische Kollegen einen Erklärungsansatz dafür geliefert, warum überschießende Immunabwehr für die Gesamtspezies sogar von Vorteil sein kann.

In vielen Fällen lässt sich die Evolution von Merkmalen damit erklären, dass es für eine Gesamtpopulation ideal ist, wenn sie einen optimalen Anpassungsgrad erreicht. Um diesen "Mittelwert" verteilen sich dann die Ausprägungen dieses Merkmals auf bestimmte Art und Weise. Die statistische Verteilung ähnelt der Form einer Glocke.

Sturz von der Klippe

Sind aber Abweichungen von dem Optimalzustand in eine Richtung schädlicher, als in die andere, dann erfolgt die Selektion asymmetrisch. Die Verteilung ähnelt einer Klippe. Die Kurve verläuft flach, erreicht einen Gipfel und fällt an dem Punkt steil ab, wo es für den Organismus schädlich wird.

Unter solchen Bedingungen befindet sich der Populationsmittelwert normalerweise auf der flachen Seite der Kurve, wie die Analysen der Forscher zeigen. Das liegt daran, dass Nachkommen von Eltern mit Merkmalsausprägungen nahe am Gipfel, statistisch gesehen, zur Hälfte links und zur Hälfte rechts davon landen. Die Wahrscheinlichkeit für den Nachwuchs, "die Klippe hinunterzufallen" und damit nur geringe Überlebenschancen zu haben, ist hoch, wie die Forscher erklären. Je weiter links also der Mittelwert der Elterngeneration liegt, desto höher ist unter diesen Bedingungen die Überlebenschance der Nachkommen.

Im Fall der Immunabwehr weist das Modell einen Mittelwert näher an der Klippe als optimalen Anpassungsgrad aus. Gründe dafür liegen darin, dass eine zu schwache Immunabwehr schnell tödlich sein kann, weil die Gefahren, die von Krankheitserregern ausgehen, sehr hoch sind. Das Modell liefert also einen Erklärungsansatz dafür, warum über die Gesamtpopulation gesehen, stärkere Abwehrreaktionen durchaus sinnvoll sind. Von solchen Erkrankungen betroffenen Personen wird aber auch diese Erkenntnis vermutlich wenig Trost spenden. (APA/red, derStandard.at, 11.07.2013)

  • In dieser Grafik nimmt die Überlebenswahrscheinlichkeit von rechts nach links exponentiell zu, und zwar bis zu dem Wert des Abwehrmerkmals (hier 0.5) ab dem Individuen "unverwundbar" sind. Andererseits nimmt die Fekundität (Fruchbarkeit) von links nach rechts linear zu, da eine hohe Abwehr mit Kosten verbunden ist (am besten zu sehen links von 0.5). Von hinten nach vorne nimmt die Häufigkeit der (Fress)Feinde zu. Je mehr Feinde es gibt, desto asymmetrischer wird die Selektion.
    grafik: urban mc, bürger r, bolnick

    In dieser Grafik nimmt die Überlebenswahrscheinlichkeit von rechts nach links exponentiell zu, und zwar bis zu dem Wert des Abwehrmerkmals (hier 0.5) ab dem Individuen "unverwundbar" sind. Andererseits nimmt die Fekundität (Fruchbarkeit) von links nach rechts linear zu, da eine hohe Abwehr mit Kosten verbunden ist (am besten zu sehen links von 0.5). Von hinten nach vorne nimmt die Häufigkeit der (Fress)Feinde zu. Je mehr Feinde es gibt, desto asymmetrischer wird die Selektion.

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