Wie zwei uralte Genom-Verdopplungen vor über 500 Millionen Jahren die Evolution komplexer Gehirne ermöglichten

Wie die Gene die Arbeit aufteilten

Ein überraschender Befund war, dass die meisten duplizierten Gene keine völlig neuen Funktionen erfanden. Stattdessen trat ein als Subfunktionalisierung bekannter Prozess ein: Die beiden Genkopien teilten sich die ursprünglichen Aufgaben des Vorfahren-Gens untereinander auf. Gepaart mit einer Selektion auf die richtige Gendosis ermöglichte dies, dass aus einer einzigen, unspezialisierten Vorläuferzelle mehrere stärker spezialisierte Zelltypen entstehen konnten .

Ein klares Beispiel liefert der Vergleich mit dem wirbellosen Amphioxus: Bei ihm sind wichtige regulatorische Gene breit über viele Zellen hinweg aktiv. Bei Wirbeltieren hingegen werden die duplizierten Versionen dieser Gene in klar getrennten Zelltypen eingesetzt und helfen so, eigenständige zelluläre Identitäten zu etablieren .

Ein genetisches Fundament mit jahrhundertmillionenlangem Echo

Die Autoren der Studie betonen die ungeheure zeitliche Tragweite ihrer Entdeckung. Professor Sebastian Shimeld (Universität Oxford) fasst zusammen: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass zwei genetische Verdopplungsereignisse grundlegend dafür waren, die Evolution komplexer Gehirne zu ermöglichen. Durch das Duplizieren jedes einzelnen Gens erhielt die Natur Rohmaterial, das umfunktioniert werden konnte, um neue Arten von Gehirnzellen zu bauen.“

Sein Co-Autor Professor Peter Holland ergänzt mit einem griffigen Bild: „Neue Gehirnzellen brauchten neue Gene. Und zwar nicht irgendwelche Gene – es waren die zusätzlichen Gene, die durch zufällige Verdopplungen der DNA entstanden, bevor der erste Fisch im Meer schwamm.“

Besonders bemerkenswert: Die Effekte der Ohnologen prägten nicht nur die frühe Hirnevolution. Die Studie zeigt, dass sie auch in evolutionär sehr jungen Gehirnstrukturen wie dem Kleinhirn weiterhin neue Zelltypen definieren. Diese systematischen Effekte haben demnach die Evolution der Gehirnzelltypen bei Wirbeltieren über Hunderte Millionen Jahre hinweg immer wieder potenziert und ermöglicht .

Shimeld, S. et al., Whole-genome duplication shaped cell-type evolution in the vertebrate brain, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10629-x
University of Oxford press release, "Ancient genome duplications laid the foundations of complex brains," Phys.org, June 10, 2026.
ORA record (Oxford University Research Archive), preprint abstract for Shimeld et al. (2025/2026).