Beweis des Zufallscharakters von Genmutationen

Im Fall der Genmutation sind die Veränderungen des Erbguts auf einen bestimmten Abschnitt eines Gens beschränkt (Punktmutationen). Zu den Genmutationen zählen Basenaustauschmutationen, Insertionen und Deletionen, die nur wenige Basenpaare umfassen.
Durch Genmutationen entstehen neue, innovative Allele, die zur Änderung von Merkmalen führen können und im Endeffekt die Anpassung einer Art an die herrschenden Umweltbedingungen bewirken. Mutationen stellen somit den Motor der Evolution dar. Viele Jahre wurde über den Entstehungscharakter von Mutationen diskutiert. Entstehen sie erst infolge des starken Umweltstresses und bewirken somit die Anpassung – ein lamarckistischer Denkansatz. Oder finden Mutationen immerwährend, spontan, ungerichtet, nicht auf den Anpassungswert (Adaptationswert) orientiert, statt – ein darwinistischer Denkansatz.

Zunehmende Kenntnisse zum Genom und zu Mutationsmechanismen, aber auch die Experimente von DELBRÜCK und LURIA 1943 sowie LEDERBERG 1952 bewiesen, dass die zweite Ansicht richtig ist. Mutationen entstehen zufällig für einzelne Zellen bzw. den Organismus. Ob die genetische Änderung Vorteile, Nachteile oder keine Auswirkungen bezüglich der bestehenden Umweltverhältnisse mit sich bringt, ist aus Sicht der Mutation unerheblich. Mutationen sind nicht auf einen Anpassungswert orientiert. Die Phänotypen, die auf der Basis der Genotypen unter Einfluss der Umwelt entstehen, werden von der Umwelt auf ihre Anpassung im Sinne einer möglichst hohen Umweltunabhängigkeit geprüft. Erst hier zeigt sich der „Wert“ einer entstandenen Mutation – positiv, neutral oder negativ.

Stempeltechnik nach LEDERBERG

Stempeltechnik: Mit einem Stempel, der genau in eine Petrischale passt und dessen Oberfläche mit Samt überzogen ist, können Bakterienkolonien in gleicher Anordnung von einer Schale in eine andere überstempelt werden (Replica-Plattierung).

In einer Petrischale werden zunächst nichtresistente Bakterien auf Nährmedium kultiviert. Es entstehen viele, dicht beieinanderliegende Kolonien. Durch Stempelung werden Individuen der Kolonien in gleicher Anordnung auf andere Nährböden übertragen. Nach kurzer Bebrütung werden Bakteriophagen aufgeschwemmt. Phagenresistente Kolonien bleiben auf den Nährböden zurück, die restlichen Bakterien sterben ab. Bei allen gestempelten Platten liegen die resistenten Kolonien an der gleichen Stelle. Sie sind also aus Mutanten der Ausgangsplatte hervorgegangen. Diese Mutanten entstanden vor dem Wirken der Bakteriophagen – zufällig und ohne Adaptationswert.

Beide Experimente belegten in damaliger Zeit sehr eindrucksvoll den Zufallscharakter und die Ungerichtetheit von Mutationen. Neuere Erkenntnisse mit bestimmten E. coli-Mutanten ließen aber Zweifel an der Allgemeingültigkeit dieser These aufkommen. Unter bestimmten experimentellen Bedingungen können vermutlich ab und zu auch gerichtete, adaptive Mutationen auftreten. Weitere Erkenntnisse müssen noch gewonnen werden.