Genetische Grundlagen für den langsamen Stoffwechsel von Faultieren
Faultiere gelten als die langsamsten Säugetiere weltweit. Aufgrund ihres Lebensraums im dichten Regenwald gestaltet sich die wissenschaftliche Untersuchung dieser Tiere als herausfordernd. Ein interdisziplinäres Forschungsteam hat nun erstmals das Genom des Zweifinger-Faultiers (Choloepus didactylus) sequenziert und analysiert, um genetische Ursachen für dessen niedrigen Stoffwechsel zu identifizieren. Die Ergebnisse, veröffentlicht in BMC Biology, zeigen faultierspezifische aktive Transposons – sogenannte „springende Gene“ –, die seit Millionen von Jahren erhalten geblieben sind und mit dem Energiestoffwechsel in Verbindung stehen. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für die Erforschung von Stoffwechselerkrankungen und Alterungsprozessen bei Säugetieren, einschließlich des Menschen.
Methodik und genomische Analyse
Die Untersuchung erfolgte in Kooperation zwischen dem Wellcome Sanger Institute in Cambridge, dem Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW), dem Hospital Sírio Libanês in São Paulo sowie weiteren Partnern. Aus Gewebeproben eines in menschlicher Obhut lebenden Zweifinger-Faultiers wurde DNA extrahiert und am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden sequenziert. Anschließend erfolgte eine vergleichende Genomanalyse mit anderen Säugetieren, darunter Ameisenbären und Gürteltiere, um evolutionäre Besonderheiten zu identifizieren.
Entdeckung aktiver Transposons und deren Bedeutung
- Im Genom des Faultiers wurden mehrere Kopien aktiver Transposons gefunden, die sich selbstständig kopieren und an verschiedenen Stellen im Genom einfügen können.
- Im Gegensatz zu den meist inaktiven, fragmentierten Transposons im menschlichen Genom sind diese bei Faultieren aktiv und können chromosomale Neuanordnungen bewirken.
- Die Analyse ergab, dass diese springenden Gene vor etwa 30 Millionen Jahren im letzten gemeinsamen Vorfahren der heutigen Faultierarten entstanden sind und seither erhalten geblieben sind.
- Viele dieser Gene stehen in Verbindung mit Mitochondrien und Stoffwechselwegen, was auf ihre Rolle bei der Entwicklung des einzigartig langsamen Stoffwechsels der Faultiere hinweist.
Evolutionäre Einordnung und biologische Besonderheiten
Faultiere gehören zusammen mit Ameisenbären und Gürteltieren zur Gruppe der Xenarthra, den einzigen Höheren Säugetieren mit Ursprung in Südamerika. Diese Gruppe existiert seit etwa 65 Millionen Jahren. Die heutigen Faultiere sind baumbewohnend und in zwei Hauptgruppen unterteilt: Zweifinger- und Dreifingerfaultiere.
Die Tiere zeichnen sich durch den niedrigsten Stoffwechsel aller Säugetiere aus, der oft weniger als die Hälfte des für ihre Körpergröße erwarteten Wertes beträgt. Sie verbringen den Großteil ihrer Zeit bewegungslos in den Bäumen und bewegen sich nur langsam, meist um Nahrung wie Blätter und Früchte zu suchen. Trotz ihrer Langsamkeit sind Faultiere gute Schwimmer und legen gelegentlich längere Strecken im Wasser zurück, beispielsweise bei der Partnersuche. Ihre Fähigkeit, zwischen der Selbstregulierung der Körpertemperatur und einer Anpassung an die Umgebungstemperatur zu wechseln, dient der Energieeinsparung.
Ausblick für biomedizinische Forschung
Die genomischen Erkenntnisse ermöglichen ein vertieftes Verständnis der besonderen Biologie von Faultieren. Zukünftige Untersuchungen mit Zelllinien, Laborexperimenten und Einzelzellsequenzierungen sollen die Funktion der identifizierten Gene weiter klären. Faultier-Zelllinien könnten als Modell für die Erforschung von Stoffwechsel- und altersbedingten Erkrankungen bei Säugetieren, einschließlich des Menschen, dienen.
Dr. Marcela Uliano-Silva vom Wellcome Sanger Institute betont, dass die Evolution bereits zahlreiche biologische Experimente durchgeführt habe und ungewöhnliche Tiere wie Faultiere wertvolle Einblicke in bisher unbekannte biologische Mechanismen bieten. Die entdeckten faultierspezifischen Gene stehen in engem Zusammenhang mit Mitochondrien und Stoffwechselwegen und könnten die Grundlage für deren langsamen Stoffwechsel bilden.
Dr. Pedro Galante vom Hospital Sírio Libanês weist darauf hin, dass viele menschliche Krankheiten wie Diabetes, altersbedingte Störungen, Neurodegeneration und Muskelschwund mit Problemen in der Energieproduktion und Mitochondrienfunktion verknüpft sind. Faultierzelllinien könnten daher ein natürliches Modell darstellen, um Mechanismen der Energiearmut und deren Auswirkungen besser zu verstehen. Langfristig könnten diese Erkenntnisse auch für die Gewebekonservierung, Intensivmedizin, Altersforschung, Behandlung von Stoffwechselerkrankungen und sogar für Langzeit-Raumfahrtmissionen relevant sein.
Dr. Camila Mazzoni vom Leibniz-IZW hebt hervor, dass Faultiere trotz ihres extrem niedrigen Stoffwechsels gesund bleiben. Das Verständnis ihrer zellulären Energiemanagement-Strategien könnte neue Ansatzpunkte für biomedizinische Forschung liefern. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Faultiere genetische „Backup-Systeme“ entwickelt haben, die ihre mitochondrialen Funktionen unterstützen und so ihren besonderen Lebensstil ermöglichen.
Förderung und Kontakt
Die Studie wurde durch Wellcome, das Forschungs- und Innovationsprogramm „Horizont 2020“ der Europäischen Union sowie die São Paulo Research Foundation finanziell unterstützt.
Wissenschaftlicher Kontakt
Dr. Camila Mazzoni
Abteilung Evolutionsgenetik
Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW)
Telefon: +49 (0)30 5168-315
E-Mail: mazzoni@izw-berlin.de
Originalpublikation
Uliano-Silva M, da Conceição HB, Mercuri RLV, Winkler S, Guardia GDA, Myers E, McCarthy S, Tracey A, Suh A, Blaxter M, Galante PAF, Mazzoni CJ (2026): Elevated retrocopy burden and sloth-specific expansions illuminate mammalian genome evolution. BMC Biology. DOI: 10.1186/s12915-026-02632-5
