Ohne Viren gäbe es Menschen nicht

Was Viren mit der Evolution zu tun haben

Zahlreiche Gesundheitsprobleme von Menschen gehen auf Virusinfektionen zurück. Dass manche Viren krank machen können, ist allerdings bildlich gesprochen nur eine Seite der Medaille.
18.04.2020, 09:55
Lesedauer: 6 Min
Zur Merkliste
Was Viren mit der Evolution zu tun haben
Von Jürgen Wendler
Was Viren mit der Evolution zu tun haben

Ein erheblicher Teil des menschlichen Erbguts geht auf Viren zurück. Auch die Entwicklung neuen Lebens in der Gebärmutter wird mit ihnen in Verbindung gebracht.

ARNO BURGI/dpa

Ob Erkältungen, Durchfallerkrankungen, Grippe, Hepatitis, Kinderlähmung, Röteln, Gürtelrose, Pocken, mit Blutungen einhergehende Fiebererkrankungen (hämorrhagisches Fieber) wie Ebola oder manche Krebsleiden: Zahlreiche Gesundheitsprobleme von Menschen gehen auf Virusinfektionen zurück. Dass manche Viren krank machen können, ist allerdings bildlich gesprochen nur eine Seite der Medaille. Die andere beschreibt Susanne Erdmann vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen mit den folgenden Sätzen: „Viren sind überall zu finden, auch in Mikroorganismen. Ohne Viren gäbe es uns Menschen nicht. Sie sind unglaublich wichtig für die Evolution, die Entwicklungsgeschichte des Lebens.“ Seit vergangenem Jahr leitet die Biologin eine Forschungsgruppe des Bremer Instituts, die Antworten auf eine alte und bis heute viel diskutierte Frage sucht: Wie sind Viren überhaupt entstanden?

Ein Virus besteht nicht etwa wie Bakterien aus einer einzigen oder wie Pflanzen und Tiere aus zahlreichen Zellen, sondern lediglich aus Erbmaterial, das in einer Proteinhülle, das heißt einer Hülle aus Eiweißstoffen, eingeschlossen ist. Vermehren können sich Viren nur dann, wenn sie in Zellen eindringen. Sie nutzen die Ausstattung der Zelle, um neue Viruspartikel zu bilden, die die Zelle verlassen und andere Zellen infizieren können. Mit anderen Worten: Viren sind von Organismen mit einem eigenen Stoffwechsel und der Fähigkeit, Energie umzuwandeln, abhängig. Ihre Größe bewegt sich in der Regel ungefähr zwischen 20 und 400 millionstel Millimetern.

Auf die Spur von Viren sind Forscher vor mehr als einem Jahrhundert in Verbindung mit der sogenannten Tabakmosaikkrankheit gekommen. Erkrankte Tabakpflanzen sind an Flecken auf ihren Blättern zu erkennen, die ein mosaikartiges Muster bilden. Der deutsche Forscher Adolf Mayer konnte in den 1880er-Jahren zeigen, dass es sich um eine ansteckende Krankheit handelt. Besprühte er gesunde Pflanzen mit dem Zellsaft kranker, entwickelten auch sie die Tabakmosaikkrankheit. Als falsch erwies sich seine Vermutung, dass Bakterien die Verursacher der Krankheit seien. Etwa ein halbes Jahrhundert später gelang es, die tatsächliche Krankheitsursache, nämlich das Tabakmosaikvirus, mithilfe von Elektronenmikroskopen sichtbar zu machen.

Alle Lebewesen infiziert

Wissenschaftler unterscheiden heute drei Hauptgruppen – sogenannte Domänen – von Lebewesen: Bakterien, Archaeen und Eukaryonten. Pilze, Pflanzen, Tiere und Menschen werden den Eukaryonten zugerechnet, weil ihre Zellen einen abgegrenzten Kern besitzen; darin befindet sich das Erbmaterial. Bakterien und Archaeen sind Mikroorganismen, bei denen das Erbmaterial frei in der Zelle liegt. Dass Fachleute die einzelligen Archaeen und Bakterien als grundlegend verschiedene Gruppen von Lebewesen betrachten, hängt unter anderem mit Bausteinen in den Zellwänden der Archaeen zusammen. Eine Vorstellung von der Bedeutung der Mikroorganismen vermittelt Susanne Erdmann am Beispiel des Meeres. Dort machten diese Lebewesen etwa 95 Prozent des biologischen Materials, der sogenannten Biomasse, aus. Um ein Vielfaches größer als ihre Anzahl sei die der Viren. Solche Partikel, die alle Lebewesen befallen könnten, seien selbst unter extremen Umweltbedingungen anzutreffen, das heißt zum Beispiel im Bereich heißer Quellen oder salziger Seen in der Antarktis.

Wie vielschichtig das Thema Viren ist, veranschaulicht die Bremer Biologin mithilfe der Cholera, einer mit extremem Durchfall und starkem Erbrechen einhergehenden Erkrankung, sowie der Fähigkeit von Frauen, Kinder zu gebären. Erreger der Cholera ist ein Bakterium. Dieses, so erläutert Susanne Erdmann, stelle einen giftigen Stoff her, der die Krankheitssymptome verursache. Möglich sei dies, weil ein Virus im Bakterium dafür die Bauanleitung beziehungsweise die genetische Information geliefert habe. Das Erbgut von Menschen geht nach den Angaben der Wissenschaftlerin bis zu einem Anteil von acht Prozent auf Viren zurück. Dazu gehöre zum Beispiel ein Gen, das dafür sorge, dass sich die Plazenta, ein vom Embryo gebildetes Gewebe, mit der Gebärmutterwand verbinde. Die Plazenta, auch Mutterkuchen genannt, stellt sicher, dass das heranwachsende Kind mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt wird. Sie enthält Blutgefäße des Ungeborenen und der Mutter. Ohne sie könnte kein neues menschliches Leben entstehen. Dass dies möglich wurde, ist nach heutigem Kenntnisstand auch dem Erbgut von Viren zu verdanken.

Susanne Erdmann und ihre Mitarbeiter versuchen zu verstehen, wie Viren entstanden sind und worin ihre biologische Funktion besteht. Klar ist den Angaben der Forscherin zufolge, dass die Viren der Erde eine gigantische Menge an genetischen Informationen aufweisen und damit eine maßgebliche Rolle für die Evolution, also die Weiterentwicklung des Lebens spielen. Die Funktion von Viren könnte nach ihrer Einschätzung darin bestehen, genetische Informationen auf die bestmögliche Weise weiterzugeben – und nicht etwa darin, den Wirt zu töten. Schließlich führe ein Großteil der Viren bei Menschen, Pflanzen und anderen Lebewesen nicht zum Tod des Wirts.

Um mehr über die eigentliche Aufgabe von Viren zu erfahren, befassen sich die Biologin und ihre Mitarbeiter mit Viren, die Archaeen befallen. Von diesen Mikroorganismen ist bekannt, dass sie sich besonders gut an extrem lebensfeindliche Bedingungen wie etwa die des Toten Meeres oder der heißen Quellen in vulkanisch aktiven Gebieten angepasst haben. Vor diesem Hintergrund nehmen Fachleute an, dass Archaeen schon früh in der Entwicklungsgeschichte des Lebens von großer Bedeutung waren. Demnach könnte es sich bei ihnen um die Vorläufer von eukaryotischen Zellen handeln, also von Zellen, wie sie für Menschen, Tiere, Pilze und Pflanzen typisch sind.

Erkenntnisse einer Bremer Biologin

Nach den Erkenntnissen, die Susanne Erdmann in den vergangenen Jahren bei der Untersuchung von Mikroorganismen und ihren Viren gewonnen hat, könnte die ursprüngliche Aufgabe von Viren darin bestanden haben, genetische Informationen zwischen Zellen auszutauschen und dem Wirt damit einen evolutionären Vorteil zu verschaffen, das heißt: Das Erbgut könnte Organismen geholfen haben, sich besser an die herrschenden Bedingungen anzupassen und zu behaupten. In sehr salzigen antarktischen Seen ist die Bremer Wissenschaftlerin auf virenähnliche Gebilde gestoßen: sogenannte Plasmidvesikel, das heißt Bläschen mit darin enthaltenem Erbgut. Solche Vesikel, die unter anderem in Archaeen gebildet werden, könnten nach ihren Angaben einst die Möglichkeit eröffnet haben, auch ohne die Hilfe von Brücken zwischen Zellen genetische Informationen von Zelle zu Zelle zu befördern. Möglicherweise seien die Vesikel Vorläufer der heutigen Viren gewesen.

Ob diese Theorie zur Entstehung von Viren richtig ist, wollen die Biologin und ihre Mitarbeiter in den kommenden Jahren überprüfen. Neben dieser Theorie gibt es noch andere. So nehmen beispielsweise manche Wissenschaftler an, dass Viren auf parasitäre Zellen innerhalb von Zellen zurückgehen, das heißt auf Zellen, die lebensnotwendige Stoffe nicht selbst herstellen konnten und deshalb auf Wirtszellen angewiesen waren. Weil ihre Gene irgendwann nicht mehr benötigt wurden, so die Vermutung, verkleinerte sich das Genom und wurde letztlich zum Virus. Andere Experten halten es für möglich, dass es Viren schon vor den ersten Zellen gab.

So umstritten nach wie vor die Frage nach der Entstehung der Viren ist, so unstrittig ist, dass die Entwicklung von Viren – und damit auch von möglichen Gefahren für den Menschen – nicht zuletzt mit menschlichen Aktivitäten zusammenhängt. Indem Menschen Lebensräume wie tropische Regenwälder zerstören und Lebensbedingungen verändern, etwa durch den Ausstoß von Schadstoffen oder auch Treibhausgasen, tragen sie zum Verschwinden von Arten bei. Vielerorts geht die Artenvielfalt zurück. Wie die Virologin Sandra Junglen von der Berliner Charité erklärt, die die Verbreitung von Viren in afrikanischen Regenwäldern erforscht, kann dies die Entstehung von Epidemien begünstigen. Wenn die Vielfalt an Arten abnehme, bedeute das, dass einzelne Arten in einem Lebensraum stärker vertreten sein könnten. Dies erleichtere die Verbreitung von Infektionskrankheiten innerhalb solcher Arten.

Was dies für Menschen bedeuten kann, erläutert die Wissenschaftlerin am Beispiel des Gelbfiebervirus. Gelbfieber tritt häufig in tropischen und subtropischen Gebieten auf und kann bei einem schweren Verlauf auch zum Tod führen. Nach den Worten von Sandra Junglen standen die ersten Ausbrüche im 16. Jahrhundert im Zusammenhang mit Waldrodungen in Afrika. Bis dahin sei das Virus nur bei Stechmücken und Affen aufgetreten. Als der Mensch in deren Lebensraum eingedrungen sei, habe es sich ausgebreitet.

Mehr zum Thema
Lesermeinungen

Das könnte Sie auch interessieren

Das Beste mit WK+