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Epigenetik: Reviergewinn verändert Geparden auch körperlich
Wenn männliche Geparde ein Territorium erobern, werden sie schwerer, kräftiger und aggressiver. Nun zeigt ein Vorher-Nachher-Vergleich derselben Tiere, dass dieser Lebensphasenwechsel mit umfassenden Veränderungen der DNA-Methylierung einhergeht. Die Muster betreffen unter anderem Gene für Entwicklung, Nervenfunktionen und Signalwege, lassen aber noch keine Ursache-Wirkung-Aussage zu.
Berlin (Deutschland). Männliche Geparde beginnen ihr Erwachsenenleben meist als sogenannte Floater. Sie besitzen kein eigenes Revier und streifen allein oder mit wenigen Brüdern durch große Gebiete, bis manche von ihnen ein Territorium erobern. Nach diesem Statuswechsel nehmen Körpermasse und Kopfgröße zu, während sich zugleich Verhalten und Raumnutzung verändern.
Solche deutlichen Veränderungen sind bei einer Art mit sehr geringer genetischer Vielfalt besonders interessant. Eine mögliche zusätzliche Ebene der Anpassung ist die Epigenetik, bei der chemische Markierungen die Nutzung von Genen beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern. Dazu gehört die DNA-Methylierung, bei der Methylgruppen an bestimmten Abschnitten des Erbguts angelagert werden.
Forscher des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) um Dr. Alexandra Weyrich haben nun Blutproben von zehn frei lebenden Gepardenmännchen aus Namibia verglichen. Von jedem Tier lag eine Probe aus der Zeit als Floater und eine weitere nach der Übernahme eines Territoriums vor. Zwischen beiden Proben lagen im Mittel 25,7 Monate, die Spanne reichte von 6,2 bis 59,9 Monaten.
Die körperliche Veränderung war deutlich. Die zehn später territorialen Männchen wogen als Floater im Mittel 46,81 Kilogramm und bei der zweiten Probenahme 54,35 Kilogramm. Das entspricht einer durchschnittlichen Zunahme von 7,54 Kilogramm. Acht zusätzliche Männchen, die Floater blieben, nahmen zwischen zwei Messungen dagegen im Mittel nur 0,93 Kilogramm zu.
„Unsere ursprüngliche Hypothese wurde bestätigt“, erklärt Dr. Alexandra Weyrich.
Für die epigenetische Analyse untersuchte das Team die Methylierung in bestimmten weißen Blutzellen. Über drei statistische Verfahren hinweg fanden die Forscher 554 DNA-Regionen, die in mindestens zwei Verfahren konsistente Unterschiede zwischen Floater- und Territorialphase zeigten. Diese Regionen überlappten 481 Gene. Bei territorialen Männchen überwog dabei eine stärkere Methylierung.
Die betroffenen Gene waren unter anderem biologischen Prozessen zugeordnet, die mit Körper- und Kopfentwicklung, Neuroentwicklung, Lernen, Ionenkanälen sowie dem Botenstoff cAMP zusammenhängen. Das passt zu den beobachteten Veränderungen von Körperbau, Aggressivität und Raumnutzung. Die Studie misst allerdings Methylierung und nicht direkt die Aktivität dieser Gene, weshalb aus den Markierungen keine veränderte Genexpression abgeleitet werden kann.
Auch das höhere Alter der Tiere erklärt das Muster nicht vollständig. Ein Vergleich jüngerer und älterer Floater ergab 745 altersabhängige methylierte Regionen. Keine davon überlappte auf Ebene der DNA-Regionen mit den für den Revierwechsel gefundenen Bereichen. Weil für dauerhaft als Floater lebende Männchen keine wiederholten Methylierungsproben vorlagen, bleibt dieser Altersvergleich dennoch nur eine Näherung.
Aus den Methylierungsdaten leitete das Team außerdem 21 mögliche Biomarker ab. Das beste der getesteten Verfahren ordnete zuvor nicht für das Training verwendete Proben im Mittel zu 78,2 Prozent korrekt der Floater- oder Territorialphase zu. Der endgültig zusammengestellte Markersatz wurde jedoch nicht als Ganzes an einer unabhängigen Stichprobe geprüft und ist deshalb zunächst nur ein Kandidat für weitere Tests.