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PUBLIC RELEASE DATE: 31. Mrz 2004

Geschwätzige Zebrafinken

Berliner Max-Planck-Wissenschaftler und ihre amerikanischen Kollegen



Entwicklungsabhngige Expression von FoxP2 beim Zebrafinken: Der Zeitbalken in der Mitte gibt die Zeitspanne (in Tagen) vom Schlpfen bis zum Erwachsenenalter an. Links unten ein schlpfender Fink, daneben ein junges Mnnchen neben seinem erwachsenen Tutor, von dem er den Gesang lernt (die entsprechenden Sonogramme in der Bildzeile darunter); ganz rechts ein erwachsener Fink. Zu diesem Zeitpunkt hat der Vogel den Gesang vom Tutor gelernt(vergleiche Sonogramm). Die Bilder oberhalb des Zeitbalkens zeigen die Expression des FoxP2-Gens im Gehirn des Zebrafinken in Abhngigkeit vom Entwicklungsstadium (die Regionen mit aktivem FoxP2 sind wei). Die fr das Lernen essenzielle Struktur Area X (siehe Pfeil)weist in der Lernphase (50 Tage) besonders viel Aktivitt auf. Bild: MPI fr molekulare Genetik

Mutationen im so genannten FOXP2 Gen fhren bei Menschen zu einem spezifischen Sprachproblem, insbesondere bei der Artikulation und dem Sprachverstndnis. Offensichtlich besitzt dieses Gen eine zentrale Funktion bei der Entwicklung der Sprachfhigkeit. Neurobiologen konnten nun zeigen, dass auch beim Gesangslernen von Vgeln FoxP2 eine Schlsselrolle spielt. Die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut fr molekulare Genetik in Berlin und von der Duke University, USA, entdeckten eine nahezu identische Version dieses Gens und konnten anschlieend das entsprechende Protein in genau jenen Hirnregionen nachweisen, die mageblich am Gesangslernen beteiligt sind. Die Ergebnisse wurden in der Ausgabe vom 31. Mrz 2004 des Journal of Neuroscience verffentlicht.

Bereits 2002 hatte eine Arbeitsgruppe um Svante Paboo vom Max-Planck-Institut fr evolutionre Anthropologie in Leipzig die DNA-Sequenz des intakten FOXP2 Gens beim Menschen verglichen mit der Sequenz von Menschenaffen sowie Musen. Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass das menschliche FOXP2 Gen eine ganz spezifische Sequenzvariation aufweist, die sie bei den anderen Spezies nicht nachweisen konnten. Diese geringfgige nderung knnte im Zuge der Evolution eine ganze Kette von weiteren nderungen nach sich gezogen haben; denn das FOXP2-Gen stellt die Bauanleitung fr einen Transkriptionsfaktor bereit - ein Protein, dass die Aktivitt zahlreicher anderer Gene steuert. Die Leipziger fanden Hinweise dafr, dass die menschliche Form von FOXP2 fr seinen Trger vorteilhaft gewesen sein muss und daher vermutlich mageblich mit der Entwicklung der menschlichen Sprache verknpft ist.

Im Gegensatz zu Musen und Menschenaffen lernen zahlreiche Vogelarten ihre Gesangsmuster hnlich wie Menschen das Sprechen. Constance Scharff, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut fr molekulare Genetik, wollte daher herausfinden, ob die beim Menschen gefundene Sequenzvariation in FOXP2 auch bei Gesang lernenden Vgeln existiert. Zusammen mit Sebastian Haesler sowie den Kollegen von der amerikanischen Duke-Universitt, Erich Jarvis und Kazuhiro Wada, verglichen sie die Expression von FoxP2 im Gehirn Gesang lernender Vgel, wie Zebrafinken, Kanarienvgeln, Sittichen, Spatzen, Meisen und Kolibris sowie nicht Gesang lernender Vgel, wie zum Beispiel Ringeltauben. Darber hinaus studierten die Forscher das Gen bei den nchsten Verwandten der Vgel, den Krokodilen. Zunchst einmal interessierten sie sich dafr, wann und wo das Gen im Vogelhirn exprimiert wurde: Waren es Regionen, die fr die Gesangsproduktion verantwortlich sind oder fr das Gesangslernen, und wurde das Gen in erster Linie whrend der Lern- oder Produktionsphase exprimiert? Darber hinaus analysierten die Forscher die Struktur des Singvogel-Gens und verglichen sie mit der menschlichen Form von FOXP2. Dabei kamen sie zu dem Ergebnis, dass das FoxP2-Gen beim Zebrafinken dem des Menschen sehr hnelt, allerdings nicht die beim Menschen gefundenen charakteristischen Sequenzvariationen aufweist.

"Offensichtlich ist diese Vernderung nicht zwingend erforderlich fr das Gesangslernen, zumindest nicht bei Vgeln", erklrt Constance Scharff, "oder es gibt eine andere Variation im Singvogel-Gen, die dazu gefhrt hat, dass diese Fhigkeit entwickelt wurde." In Zusammenarbeit mit den Leipziger Max-Planck-Wissenschaftlern will Scharff daher herausfinden, ob ein Sequenzvergleich zwischen dem FoxP2-Gen von Gesang lernenden und nicht lernenden Arten Unterschiede zu Tage frdert, analog zu denen zwischen Mensch und Schimpanse.

Ganz sicher sind sich die Forscher bei der Identifizierung der relevanten Hirnregionen - FOXP2 wird tatschlich bei Vgeln wie bei Sugetieren, einschlielich dem Menschen, in den Basalganglien exprimiert, und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn die Vgel Gesangsmuster erlernen. Im Fall von Zebrafinken ist das whrend der frhen Entwicklung, bei Kanarienvgel dagegen saisonal. "Wir konnten feststellen, das der FoxP2 Level in einem Basalganglien-Kern, der fr das Gesangslernen spezialisiert ist, genau zu jenem Zeitpunkt anstieg, wenn die Vgel ihren Gesang nderten", erklrt Scharff. "Vergleichbare nderungen konnten wir bei den nicht Gesang lernenden Arten nicht nachweisen."

Auf der Basis dieser Befunde erhoffen sich die Forscher nun weitere Erkenntnisse ber den Beitrag der Gene zur Architektur und Funktion jener Schaltkreise im Gehirn, die den Vogelgesang steuern. Die Entdeckung von FoxP2 bei Vgeln stellt lediglich einen Anfang dar, noch ist nicht direkt gezeigt, warnt Scharff, dass das Gen notwendig ist fr das Gesangslernen. Versuche, FoxP2 gentechnisch zu verndern und die mglichen Auswirkungen auf den Vogelgesang zu studieren, stehen daher ganz oben auf ihrem

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Arbeitsprogramm.
[CB]
Verwandte Links:
[1] Was Affen sprachlos macht
Originalverffentlichung:
S. Haesler, K. Wada, A. Nshdejan, E. Mooisey, E.K.T. Lints, E.D. Jarvis, and C. Scharff
FOXP2 Expression in Avian Vocal Learners and Non-Learners
Journal of Neuroscience, 24(13): 3164-3175
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Dr. Constance Scharff
Max-Planck-Institut fr molekulare Genetik, Berlin
Tel.: +49 30 8413-1214
Fax: +49 30 8413-1383
E-Mail: scharff@molgen.mpg.de