Evolution der Blutgruppen: Warum haben wir A, B und 0?

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Intro

Stellen wir uns ein Merkmal vor, bei dem die falsche Kombination innerhalb von Minuten töten kann. Ein Merkmal, das sich trotzdem in Dutzenden Varianten über Millionen von Jahren gehalten hat — nicht nur bei uns, sondern bei Primaten, Hunden, Katzen, Rindern und Vögeln.

Willkommen zu einer neuen Episode von Bauplan des Lebens. Heute geht es um Blutgruppen.

Die meisten von euch kennen das AB0-System aus dem Biologieunterricht – doch das ist nur eines von über 40 Blutgruppensystemen beim Menschen.

Die eigentlich spannende Frage ist eine evolutionäre: Warum gibt es sie überhaupt? Warum setzt die Evolution nicht einfach eine einzige Variante durch, die bei allen funktioniert?

Um das zu beantworten, tauchen wir tief in die Evolution ein — von den ersten Genen in Fischen und Affen, über das Wettrüsten mit Malaria, Cholera und Helicobacter bis zu der Frage, ob ein Mensch Blut von einem Schimpansen bekommen könnte.

Und nein, das ist keine rhetorische Frage. Wir klären das.

Blutgruppen – die Grundlagen[1]

Das AB0-System ist das bekannteste Blutgruppensystem des Menschen. Doch es ist nur eines von Vielen. Tatsächlich sind beim Menschen über 40 Blutgruppensysteme bekannt – manche sind davon wichtiger als andere. Wir konzentrieren uns hier auf das wichtigste.

Auf der Oberfläche unserer roten Blutkörperchen befinden sich zahlreiche Moleküle. Einige davon können vom Immunsystem erkannt werden und wirken als Antigene. Als Antigen bezeichnet man grundsätzlich eine molekulare Struktur, an die beispielsweise ein Antikörper spezifisch binden kann. Solche Strukturen finden sich keineswegs nur auf roten Blutkörperchen, sondern auf praktisch allen Zellen unseres Körpers.

Entscheidend für die Erkennung ist meist nur ein bestimmter Bereich des Antigens, das sogenannte Epitop. Anhand solcher molekularen Oberflächenstrukturen kann das Immunsystem unter anderem körpereigene von potenziell fremden Strukturen unterscheiden.

Beim AB0-System sind vor allem zwei Antigene entscheidend: A und B. Chemisch betrachtet handelt es sich dabei um unterschiedliche Kohlenhydratstrukturen, die an Lipide und Proteine der Zellmembran gebunden sind.

Beide entstehen aus derselben Vorstufe, dem sogenannten H-Antigen. Dieses trägt an seinem Ende den Zucker Fucose. Der Unterschied zwischen A und B ist erstaunlich klein: Beim A-Antigen wird ein zusätzliches N-Acetylgalactosamin angefügt, beim B-Antigen dagegen Galactose.

Das AB0-Gen codiert dabei nicht für die Antigene selbst, sondern für Enzyme aus der Gruppe der Glykosyltransferasen. Diese Enzyme übertragen den jeweils charakteristischen Zucker auf das H-Antigen. Beim 0-Antigen führt dagegen eine Mutation dazu, dass kein funktionsfähiges Enzym entsteht. Das H-Antigen wird deshalb nicht weiter verändert.

Die vier Blutgruppen A, B, AB und 0 entstehen durch unterschiedliche Varianten des AB0-Gens auf Chromosom 9. Jeder Mensch besitzt zwei Kopien dieses Gens – je eine von Mutter und Vater.

Die Kombination dieser Allele bestimmt die Blutgruppe: AA und A0 ergeben Blutgruppe A, BB und B0 Blutgruppe B und 00 Blutgruppe 0. Die Allele A und B sind gegenüber 0 dominant, untereinander jedoch codominant. Bei der Kombination AB werden daher sowohl A- als auch B-Antigene gebildet.

Deshalb können beispielsweise zwei Eltern mit Blutgruppe A ein Kind mit Blutgruppe 0 bekommen, wenn beide den Genotyp A0 besitzen und jeweils ihr 0-Allel weitergeben.

Das Grundprinzip der Vererbung begegnet uns auch bei anderen Blutgruppenmerkmalen. Ein bekanntes Beispiel ist der Rhesusfaktor D. Vereinfacht gesprochen sind Menschen mit D-Antigen auf ihren roten Blutkörperchen RhD-positiv, Menschen ohne dieses Antigen RhD-negativ. Deshalb wird eine Blutgruppe beispielsweise als A+ oder A− angegeben. Tatsächlich ist das Rhesus-Blutgruppensystem allerdings deutlich komplexer und umfasst neben D noch weitere wichtige Antigene.

Die medizinische Bedeutung des AB0-Systems liegt vor allem in der Verträglichkeit von Bluttransfusionen. Im Blutplasma befinden sich Antikörper gegen jene AB0-Antigene, die auf den eigenen roten Blutkörperchen fehlen: Menschen mit Blutgruppe A besitzen Anti-B-Antikörper, Menschen mit B Anti-A, Menschen mit 0 beide und Menschen mit AB normalerweise keine von beiden.

Werden inkompatible rote Blutkörperchen übertragen, binden diese Antikörper an die fremden Antigene. Die Blutkörperchen können verklumpen und zerstört werden – eine potenziell lebensgefährliche Transfusionsreaktion.

Bei Bluttransfusionen können Menschen mit Blutgruppe 0 grundsätzlich an alle AB0-Gruppen spenden, da ihre roten Blutkörperchen weder A- noch B-Antigene tragen. Menschen mit AB können dagegen rote Blutkörperchen aller AB0-Gruppen empfangen, da ihnen Anti-A- und Anti-B-Antikörper fehlen. Unter zusätzlicher Berücksichtigung des Rhesusfaktors gelten 0 negativ als universelle Spendergruppe und AB positiv als universelle Empfängergruppe. In der medizinischen Praxis werden jedoch weitere Blutgruppensysteme berücksichtigt und die Verträglichkeit durch eine Kreuzprobe überprüft.

Übrigens: Um 1900 entdeckte Karl Landsteiner durch systematische Untersuchungen der Verklumpung roter Blutkörperchen das AB0-Blutgruppensystem und erklärte damit erstmals, warum manche Bluttransfusionen verträglich waren und andere tödlich endeten – eine Leistung, für die er 1930 den Nobelpreis erhielt.

Bis hierhin bewegen wir uns allerdings noch weitgehend im klassischen Schulbuchwissen. Spannender wird es, wenn wir eine andere Frage stellen:

Warum gibt es diese unterschiedlichen Blutgruppen überhaupt?

Denn A, B und 0 sind keine zufälligen Besonderheiten des modernen Menschen. Ihre evolutionäre Geschichte reicht sehr viel weiter zurück als unsere eigene Art — und sie beginnt nicht im Biologieunterricht, sondern tief in der Primatenevolution. Also schauen wir auf unsere nächsten lebenden Verwandten.

Blutgruppen bei Menschenaffen[2]

Das AB0-System ist keineswegs eine Besonderheit des Menschen. Seine evolutionären Wurzeln reichen zig Millionen Jahre zurück und damit weit vor die Entstehung unserer eigenen Art.

Lange wurde diskutiert, ob die Blutgruppen A und B bei Menschen und anderen Primaten unabhängig voneinander entstanden sind – also ein Beispiel konvergenter Evolution darstellen. Genetische Untersuchungen zeichnen jedoch ein anderes Bild:

Eine große Untersuchung verglich dafür das AB0-Gen zahlreicher Primaten, darunter Bonobos, Westliche Schimpansen, Flachlandgorillas und Orang-Utans. Zusätzlich wurden Arten untersucht, für die entsprechende Sequenzdaten zuvor fehlten, darunter Stummelaffen, Grünmeerkatzen, Marmosetten und Schwarze Brüllaffen.

Das Ergebnis: Varianten des AB0-Systems sind unter Primaten weit verbreitet und finden sich an denselben Positionen. Von 40 untersuchten nichtmenschlichen Primatenarten besaßen 19 sowohl A- als auch B-Varianten. Bei anderen Arten war dagegen nur eine der beiden Varianten nachweisbar, während die andere wieder verlorenging.

Besonders interessant ist Blutgruppe 0. Im Gegensatz zur alten A/B-Aufspaltung sind funktionslose 0-Allele bei verschiedenen Primaten offenbar mehrfach unabhängig voneinander entstanden. Unterschiedliche Mutationen führen zum gleichen Ergebnis: Die Glykosyltransferase funktioniert nicht mehr und das H-Antigen wird weder zum A- noch zum B-Antigen umgebaut.

Wie alt diese Vielfalt ist, zeigt auch ein Blick auf ausgestorbene Menschenformen. Genomanalysen von Neandertalern und Denisova-Menschen weisen Varianten nach, die den Blutgruppen A, B und 0 entsprechen. Unsere verschiedenen AB0-Blutgruppen sind also keineswegs eine junge Besonderheit des Homo sapiens.[3]

Damit lässt sich nebenbei ein populärer Mythos ausräumen: die sogenannte Blutgruppendiät.[4] Ihr liegt unter anderem die Vorstellung zugrunde, Blutgruppe 0 sei die ursprüngliche Blutgruppe der menschlichen Jäger und Sammler gewesen, während andere Blutgruppen erst mit späteren Ernährungsweisen entstanden seien.

Aus evolutionsbiologischer Sicht passt diese Geschichte nicht. Die Evolution des AB0-Systems begann Millionen Jahre vor dem Menschen – lange bevor es Landwirtschaft oder überhaupt die Gattung Homo gab. Und auch unabhängig davon gibt es keine überzeugenden Belege dafür, dass eine Ernährung entsprechend der AB0-Blutgruppe gesundheitliche Vorteile bringt.

Aber diese enge evolutionäre Verwandtschaft führt zu einer etwas verrückteren Frage: Wenn Menschen und Menschenaffen sogar Teile ihres Blutgruppensystems miteinander teilen – könnte ein Mensch dann Blut von einem Schimpansen erhalten?[5]

Eine solche Übertragung zwischen verschiedenen Tierarten bezeichnet man als Xenotransfusion. Und trotz unserer engen Verwandtschaft lautet die Antwort für die medizinische Praxis eindeutig: nein.

Denn AB0 ist nur eines von zahlreichen menschlichen Blutgruppensystemen. Auf roten Blutkörperchen befinden sich viele weitere Oberflächenstrukturen, und zwischen Mensch und Schimpanse bestehen genügend Unterschiede, um schwere Immunreaktionen auszulösen. Selbst eine scheinbare Übereinstimmung der AB0-Blutgruppe würde daher keineswegs bedeuten, dass das Blut kompatibel ist.

Genau das macht die Evolution der Blutgruppen so interessant: Unsere Verwandtschaft mit anderen Primaten ist im Blut bis auf die Ebene einzelner Genvarianten erkennbar – und trotzdem haben sich die Oberflächen unserer Zellen auf getrennten evolutionären Wegen weiterentwickelt.

Und damit stellt sich die eigentlich entscheidende Frage: Warum hält die Evolution überhaupt mehrere Blutgruppen über Millionen von Jahren aufrecht? Wenn eine Variante grundsätzlich besser wäre als die anderen, müsste sie sich langfristig durchsetzen. Dass A und B stattdessen über enorme Zeiträume erhalten geblieben sind, deutet darauf hin, dass unterschiedliche Blutgruppen unter unterschiedlichen Bedingungen Vorteile bieten können.

Und damit kommen wir zum wahrscheinlich wichtigsten Selektionsfaktor in der Evolution unserer Blutgruppen: Infektionskrankheiten.

Selektionsfaktor: Krankheitserreger

Denn Blutgruppenantigene sind nicht nur medizinisch relevante Marker auf unseren roten Blutkörperchen. Viele dieser Moleküle erfüllen biologische Funktionen und können zugleich von Viren, Bakterien oder Parasiten als Bindungsstellen genutzt werden. Welche Blutgruppe man besitzt, kann deshalb beeinflussen, wie anfällig man für bestimmte Infektionen oder schwere Krankheitsverläufe ist.

Und genau daraus ergibt sich ein evolutionärer Vorteil der Vielfalt: Was gegen einen Krankheitserreger günstig ist, kann bei einem anderen nachteilig sein. Dadurch kann eine Form der balancierenden Selektion entstehen, bei der mehrere Varianten innerhalb einer Population erhalten bleiben.

Das AB0-System liefert dafür einige interessante Beispiele.[6] Zwar kommen heute alle vier Blutgruppen nahezu weltweit vor, ihre Häufigkeiten unterscheiden sich regional jedoch erheblich. Blutgruppe 0 ist beispielsweise in vielen Populationen Amerikas besonders häufig und erreicht auch in Teilen Afrikas hohe Frequenzen, während B in Teilen Zentral- und Südasiens vergleichsweise häufig vorkommt. Diese Verteilung ist allerdings das Ergebnis einer komplexen Mischung aus natürlicher Selektion, Migration, genetischer Drift und der Geschichte einzelner Populationen – sie lässt sich also nicht auf jeweils eine bestimmte Krankheit reduzieren.

Einen besonders gut untersuchten Zusammenhang gibt es bei Malaria. Menschen mit Blutgruppe 0 infizieren sich nicht grundsätzlich seltener mit Plasmodium falciparum. Sie besitzen jedoch ein geringeres Risiko, eine schwere Falciparum-Malaria zu entwickeln.

Mit Plasmodium infizierte Erythrozyten können sich mithilfe der A- und B-Antigene an nicht infizierte rote Blutkörperchen anheften und sogenannte Rosetten bilden. Da diese Antigene bei Blutgruppe 0 fehlen, entstehen dort meist kleinere und weniger stabile Zellverbände.

Blutgruppe 0 ist deshalb ein schönes Beispiel für einen evolutionären Trade-off. Denn ausgerechnet bei einer anderen schweren Infektionskrankheit kann sie nachteilig sein: Cholera. Menschen mit Blutgruppe 0 haben ein erhöhtes Risiko für schwere Cholera-Verläufe. Hier bieten Blutgruppen A und B einen besseren Schutz. Ein und dieselbe Blutgruppe kann also abhängig vom Krankheitserreger Vor- oder Nachteile besitzen.

Auch für andere Infektionskrankheiten wurden Zusammenhänge mit dem AB0-System gefunden. Während der COVID-19-Pandemie zeigten beispielsweise zahlreiche Studien statistische Zusammenhänge zwischen AB0-Blutgruppen und Infektions- beziehungsweise Erkrankungsrisiken. Diese Effekte sind jedoch vergleichsweise klein und wesentlich weniger eindeutig als der Zusammenhang zwischen Blutgruppe 0 und schwerer Malaria.

Noch deutlicher wird der Einfluss von Krankheitserregern bei einem anderen Blutgruppensystem: dem Duffy-System.[7]

Das Duffy-Antigen – heute meist als ACKR1 bezeichnet – ist ein Membranprotein, das unter anderem auf roten Blutkörperchen und Endothelzellen vorkommt. Es bindet verschiedene Chemokine, also kleine Signalproteine, mit denen unter anderem die Wanderung von Immunzellen gesteuert wird.

Doch dieses Protein besitzt einen entscheidenden Nachteil: Der Malariaparasit Plasmodium vivax nutzt Duffy als wichtigen Rezeptor, um rote Blutkörperchen zu befallen.

In weiten Teilen West- und Zentralafrikas ist deshalb eine genetische Variante extrem häufig, bei der Duffy auf den roten Blutkörperchen nicht exprimiert wird. Mehr als 95 Prozent der indigenen Bevölkerung dieser Regionen besitzen diesen sogenannten Duffy-negativen Phänotyp. Lange galt er als nahezu vollständiger Schutz vor Plasmodium vivax, was vermutlich erheblich zu seiner enormen Häufigkeit in Afrika beigetragen hat.

Evolutionär ist das besonders interessant: Das Protein wurde nicht vollständig abgeschafft. Die Mutation betrifft vor allem seine Expression auf den roten Blutkörperchen, während ACKR1 in anderen Geweben weiterhin vorhanden sein kann. Die Evolution verändert also gezielt die Stelle, die der Parasit für seinen Lebenszyklus ausnutzt.

Auch das Rhesus-System könnte durch Krankheitserreger beeinflusst worden sein.[8] Einen interessanten Zusammenhang gibt es mit dem Parasiten Toxoplasma gondii. Eine latente Infektion wird in einigen Studien mit Veränderungen der Reaktionsgeschwindigkeit in Verbindung gebracht. Dabei scheinen RhD-positive Menschen weniger stark betroffen zu sein als RhD-negative; besonders ausgeprägt könnte dieser Vorteil bei heterozygoten Trägern sein. Forscher vermuten deshalb, dass Toxoplasma einen Selektionsdruck ausgeübt haben könnte, der zur langfristigen Erhaltung unterschiedlicher RhD-Varianten in menschlichen Populationen beitrug. Diese evolutionäre Erklärung ist allerdings bislang eine Hypothese und deutlich weniger gut abgesichert als beispielsweise der Zusammenhang zwischen dem Duffy-System und Malaria.

Ein weiteres interessantes Beispiel ist das Lewis-Blutgruppensystem.[9] Dieses dient als Schutz- und Erkennungsmerkmal im Körper, wobei seine Hauptantigene sich im Speichel und Plasma lösen und sich an rote Blutkörperchen anlagern. Besonders wichtig sind diese Kohlenhydratstrukturen auf den Schleimhäuten. Und genau dort geraten sie erneut in einen evolutionären Konflikt mit Krankheitserregern.

Verschiedene Mikroorganismen erkennen bestimmte Kohlenhydratstrukturen des Wirts. Das Magenbakterium Helicobacter pylori, welches u. a. mit Magengeschwüren im Zusammenhang steht, nutzt verwandte Lweis-Strukturen zur Anheftung der Magenschleimhaut. Das Bakterium geht sogar noch einen Schritt weiter: Es kann selbst Lewis-ähnliche Strukturen auf seiner Oberfläche tragen und dadurch molekulare Strukturen seines Wirts imitieren.

Das wirkt erstmal wie ein evolutionärer Nachteil. Die Evolution funktioniert jedoch oft über Kompromisse oder Mechanismen, die erst im Laufe der Menschheitsgeschichte andere Vorteile boten.

Die Kohlenhydratketten der Lewis-Antigene auf den Schleimhäuten wurden nicht für Helicobacter entwickelt. Sie dienen primär als Abwehrbarriere gegen tödliche Epidemien der Menschheitsgeschichte wie Cholera, Noroviren oder Rotaviren. Da diese Durchfallerkrankungen im Kindesalter eine extrem hohe Sterblichkeitsrate aufwiesen, boten funktionierende Lewis-Strukturen einen immensen Selektionsvorteil gegen das frühe Sterben – während Helicobacter diesen Rezeptor später einfach evolutionär „gekapert“ hat.

Helicobacter verursacht Magengeschwüre oder Magenkrebs meistens erst im höheren Lebensalter. Da infizierte Menschen ihre Kinder zu diesem Zeitpunkt in der Regel schon gezeugt und aufgezogen hatten, gab es keinen starken evolutionären Druck, das Lewis-System abzuschaffen. Helicobacter nutzt die molekulare Mimikry: Die Bakterien bilden auf ihrer eigenen Oberfläche selbst Lewis-Antigene nach, die den körpereigenen Strukturen des Wirts gleichen. Dadurch tarnt sich das Bakterium vor dem Immunsystem. Eine radikale evolutionäre Abschaffung der Lewis-Strukturen durch den menschlichen Körper hätte weitreichende Autoimmunreaktionen im eigenen Gewebe auslösen können.

Auch ausgestorbene Menschenformen besaßen bereits eine erstaunliche Vielfalt an Blutgruppen. Untersuchungen der Genome von Neandertalern und Denisova-Menschen zeigen Varianten verschiedener Blutgruppensysteme, darunter AB0, H/Se und Rhesus. Besonders interessant sind dabei Varianten, die heute selten geworden oder nur noch regional verbreitet sind.[10]

Beim H/Se-System fanden Forscher beispielsweise Varianten, die möglicherweise einen besseren Schutz gegenüber bestimmten viralen Darminfektionen, darunter Noroviren, boten. Das deutet darauf hin, dass Krankheitserreger bereits bei archaischen Menschen einen Selektionsdruck auf Blutgruppengene ausgeübt haben könnten.

Noch überraschender ist das Rhesus-System. Die untersuchten Neandertaler besaßen eine besondere RHD-Variante, die bei heutigen Menschen extrem selten ist, aber bei einzelnen Menschen aus Australien und Papua-Neuguinea nachgewiesen wurde. Eine mögliche Erklärung ist, dass diese Variante durch Kreuzungen zwischen Neandertalern und frühen Homo sapiens in den Genpool unserer Art gelangte und mit deren Nachfahren schließlich bis nach Ozeanien wanderte.

Die Vielfalt unserer Blutgruppen ist also kein Zufall, sondern das Ergebnis eines evolutionären Wettrüstens. Aber wie alt sind diese Systeme eigentlich? Um das zu verstehen, müssen wir noch viel weiter zurück — zu den molekularen Wurzeln in der gesamten Wirbeltierevolution.

Blutgruppensysteme in der Evolution der Wirbeltiere[11]

Blutgruppen sind keineswegs eine Besonderheit von Menschen oder Primaten. Auch zahlreiche andere Wirbeltiere besitzen genetisch bedingte Unterschiede auf der Oberfläche ihrer roten Blutkörperchen. Allerdings haben sich diese Systeme in den verschiedenen Abstammungslinien sehr unterschiedlich entwickelt.

Das bedeutet: Es gibt nicht das eine uralte Blutgruppensystem, das von Fischen über Reptilien bis zum Menschen immer komplexer wurde. Stattdessen beruhen viele Blutgruppen auf alten molekularen Strukturen und Genfamilien, die im Laufe der Wirbeltierevolution immer wieder verändert, dupliziert und für neue Funktionen genutzt wurden.

Ein gutes Beispiel liefert das AB0-System. Wie bereits erwähnt wird das menschliche AB0-Gen von Gylkosyltransferasen codiert, das bestimmte Zuckerreste auf andere Moleküle überträgt. Es gehört zur sogenannten GT6-Familie.

Diese Genfamilie ist sehr viel älter als der Mensch oder überhaupt die Säugetiere. Verwandte GT6-Gene finden sich in zahlreichen Wirbeltiergruppen und sogar weit darüber hinaus. Die Fähigkeit, bestimmte Zuckerstrukturen auf Zelloberflächen zu erzeugen, existierte also lange bevor daraus die menschlichen Blutgruppen A, B und 0 hervorgingen.

Und das ist ein entscheidender Punkt: Blutgruppenantigene sind ursprünglich keine Etiketten für Bluttransfusionen. Es handelt sich um Moleküle mit biologischen Funktionen, die beispielsweise an Zell-Zell-Erkennung, Immunreaktionen und Wechselwirkungen mit Mikroorganismen beteiligt sein können.

Entsprechend finden sich verwandte Kohlenhydratstrukturen keineswegs ausschließlich auf roten Blutkörperchen. Sie können auch auf Epithelien, Schleimhäuten und in Körpersekreten vorkommen. Gerade dort befinden sie sich an einer entscheidenden Schnittstelle zwischen Organismus und Umwelt – und damit auch zwischen Wirt und Krankheitserregern.

Bei Fischen finden wir bereits eine große Vielfalt solcher Zelloberflächenstrukturen und Blutgruppenantigene. Auch bei Modellorganismen wie dem Zebrafisch existieren Vertreter der GT6-Genfamilie. Diese Gene zeigen, wie alt das molekulare Werkzeug zur Herstellung unterschiedlicher Kohlenhydratstrukturen ist.

Mit der weiteren Evolution der Wirbeltiere wurden solche Systeme in den einzelnen Abstammungslinien unabhängig verändert. Unterschiedliche Lebensräume, Krankheitserreger und Populationsgeschichten erzeugten dabei jeweils andere Selektionsbedingungen.

Reptilien zeigen in immunologischen Studien bereits klar voneinander abgrenzbare Blutgruppen innerhalb einzelner Arten. Das Genom von Reptilien enthält funktionelle GT6-Gene, die sich je nach ökologischer Nische stark unterscheiden.

Das Ergebnis sehen wir besonders deutlich bei den Säugetieren. Denn Hund, Katze, Pferd, Rind und Mensch besitzen keineswegs dieselben Blutgruppensysteme. Jede dieser Abstammungslinien hat ihre eigenen Systeme hervorgebracht.

Beim Hund spricht man beispielsweise von den sogenannten Dog Erythrocyte Antigens, kurz DEA. Daneben wurden inzwischen weitere Blutgruppenantigene beschrieben.

Ein wesentlicher Unterschied zum menschlichen AB0-System besteht darin, dass Hunde normalerweise keine starken natürlich vorkommenden Antikörper gegen andere Blutgruppen besitzen. Deshalb kann eine erste inkompatible Transfusion unter Umständen ohne sofortige schwere Hämolyse verlaufen. Dabei kann das Immunsystem jedoch gegen die fremden Erythrozyten sensibilisiert werden. Eine spätere inkompatible Transfusion kann dann eine schwere Immunreaktion hervorrufen.

Katzen hingegen haben A und B-Antigene, welche aber nicht mit jenen der Primaten vergleichbar sind. Die zugrundliegende Genetik und Biochemie sind unterschiedlich. Bei Katzen beruhen die A- und B-Antigene vor allem auf unterschiedlichen Formen der Neuraminsäure auf der Oberfläche der roten Blutkörperchen. Aber ähnlich wie Menschen besitzen sie Antikörper gegen fremde Blutgruppen. Eine inkompatible Transfusion kann deshalb bereits beim ersten Kontakt tödlich sein.

Noch komplexer wird es beim Rind und anderen Wiederkäuern. Rinder besitzen mehrere Blutgruppensysteme mit einer enormen Zahl verschiedener Antigene. Besonders komplex ist das sogenannte B-System, bei dem zahlreiche unterschiedliche antigene Faktoren und Kombinationen vorkommen. Dadurch kann die Blutgruppenvielfalt innerhalb einer Rinderpopulation außerordentlich hoch sein. Die Komplexität der Blutgruppen bei Weidetieren entstand wahrscheinlich durch den enormen Selektionsdruck von Weide-Parasiten.

Gerade der Vergleich verschiedener Säugetiere zeigt damit etwas Entscheidendes über die Evolution von Blutgruppen:

Die Fähigkeit, Zelloberflächen mit unterschiedlichsten Antigenen auszustatten, ist uralt. Die konkreten Blutgruppensysteme sind dagegen evolutionär äußerst dynamisch. Mutationen erzeugen neue Varianten, Genduplikationen schaffen neues genetisches Material, andere Varianten gehen wieder verloren. Krankheitserreger können bestimmte Varianten begünstigen, während genetische Drift und Populationsgeschichte ihre Häufigkeiten zusätzlich verändern.

Sonderfall Vögel?[12]

Vögel stellen bei der Evolution der Blutgruppen einen interessanten Sonderfall dar. Während ihr Immunsystem hochentwickelt ist, wurde die klassische GT6-Genfamile in ihrer Evolution stark reduziert. Beim Huhn beispielsweise gingen mehrere Vertreter dieser Genfamilie verloren.

Hinzu kommt ein fundamentaler Unterschied ihres Blutes.

Die roten Blutkörperchen der Säugetiere verlieren während ihrer Entwicklung ihren Zellkern. Die Erythrozyten der Vögel hingegen bleiben – wie auch bei Fischen, Amphibien und Reptilien – kernhaltig. Tatsächlich sind nicht die Vögel hier die Ausnahme, sondern die Säugetiere: Der Verlust des Zellkerns ist eine evolutionäre Besonderheit unserer eigenen Abstammungslinie.

Für Säugetiere bringt diese Spezialisierung einige Vorteile. Ohne Zellkern steht den roten Blutkörperchen mehr Raum für Hämoglobin zur Verfügung. Gleichzeitig können sich die Zellen stark verformen und dadurch selbst sehr enge Kapillaren passieren. Säugetier-Erythrozyten sind damit hochgradig spezialisierte Sauerstofftransporter.

Vögel erreichen trotz ihrer kernhaltigen Erythrozyten eine enorme Stoffwechselleistung. Gerade der Flug verlangt schließlich eine kontinuierliche Versorgung der Muskulatur mit großen Mengen Sauerstoff. Möglich wird dies unter anderem durch ihr außergewöhnlich leistungsfähiges Atmungssystem. Anders als die sackartige Säugetierlunge wird die Vogellunge weitgehend unidirektional durchströmt und durch ein System von Luftsäcken belüftet. Dadurch kann der Gasaustausch äußerst effizient erfolgen.

Es wäre allerdings falsch zu sagen, Vögel hätten ihre Zellkerne wegen ihrer leistungsfähigeren Lunge behalten. Vielmehr haben sich in beiden Abstammungslinien unterschiedliche physiologische Lösungen entwickelt: Säugetiere spezialisierten ihre Erythrozyten extrem auf den Gastransport, während Vögel mit kernhaltigen Erythrozyten und einem hochleistungsfähigen Atmungssystem ebenfalls sehr hohe Stoffwechselraten erreichen.

Und der Zellkern eröffnet den roten Blutkörperchen der Vögel Fähigkeiten, die unseren weitgehend fehlen. Weil sie Zellkern und Zellorganellen behalten, sind sie metabolisch und genetisch wesentlich aktiver. Denn an ihrer Oberfläche finden sich, wie sonst bei allen Zellen, außer den roten Blutkörperchen der Säugetiere, MHC-Proteine der Klasse 1. MHC-Moleküle sind zentrale Bestandteile der Immunerkennung. Vereinfacht gesprochen präsentieren sie dem Immunsystem kleine Proteinfragmente aus dem Inneren einer Zelle. Dadurch können T-Zellen erkennen, wenn sich beispielsweise ein Virus in einer Körperzelle vermehrt. Damit können die roten Blutkörperchen der Vögel selbst einen Beitrag zur Immunabwehr leisten. Das bedeutet natürlich nicht, dass sie die Immunzellen ersetzen, sind aber stärker in immunologische Prozesse eingebunden.

Auch das Blutgruppensystem ist recht komplex, Vögel haben 13 bekannte Blutgruppensysteme, wobei das System B das wichtigste ist. Es entspricht dem vorhin beschriebenen MHC-System und es sind in diesem Blutsystem alleine 30 Allele bekannt.

Eine weitere Besonderheit: Weil Vögel im Normalfall keine natürlichen Antikörper gegen fremde Blutgruppen besitzen, gibt es bei der allerersten Transfusion im Leben eines Vogels kaum akute Abstoßungsreaktionen. Im absoluten Notfall sogar das Blut einer anderen Vogelart übertragen werden. Wenn kein geeigneter arteigener Spender verfügbar ist, kann fremdes Vogelblut kurzfristig dazu beitragen, Kreislauf und Sauerstofftransport eines Tieres zu stabilisieren. Die Betonung liegt aber auf kurzfristig.

Auch bei Vögeln existieren Blutgruppenunterschiede mit zahlreichen fremden Oberflächenstrukturen. Entsprechend werden körperfremde Zellen vom Empfänger schneller aus dem Kreislauf entfernt als körpereigene Zellen. Eine solche Transfusion ist deshalb keine dauerhafte Lösung. Sie kann allenfalls Zeit gewinnen, bis der Organismus wieder genügend eigene rote Blutkörperchen produziert oder eine bessere Behandlung möglich wird.

Noch problematischer wird eine erneute Transfusion. Nach dem ersten Kontakt kann das Immunsystem gegen die fremden Antigene sensibilisiert sein und spezifische Antikörper gebildet haben. Bei einer weiteren inkompatiblen Transfusion können die übertragenen Zellen deshalb erheblich schneller zerstört werden und schwere Transfusionsreaktionen auftreten.

Outro

Blutgruppen sind also kein starres System, das irgendwann bei den frühen Wirbeltieren entstand und anschließend einfach weitervererbt wurde. Sie sind vielmehr das Ergebnis einer langen evolutionären Geschichte, die in verschiedenen Abstammungslinien ganz unterschiedlich verlief — geprägt vom Zusammenspiel zwischen Zelloberflächen, Immunerkennung und vor allem: Krankheitserregern.

Dass innerhalb einer Population unterschiedliche Blutgruppen erhalten bleiben, ist kein evolutionärer Zufall. Es ist das Ergebnis eines uralten Wettrüstens. Was gegenüber einem Erreger von Vorteil ist, kann gegenüber einem anderen zum Nachteil werden.

Gerade deshalb ist Vielfalt selbst der entscheidende Vorteil: Eine Population aus Individuen mit unterschiedlichen Blutgruppenantigenen übersteht Epidemien besser, weil nicht alle gegenüber denselben Erregern gleichermaßen anfällig sind. Evolution ist kein Wettrennen zur „besten“ Variante, sondern ein ständiges Austarieren gegensätzlicher Selektionsdrücke.

Doch damit Blut überhaupt all das leisten kann, reicht es nicht, seine Zellen vor Krankheitserregern zu schützen. Seine gesamte chemische Zusammensetzung muss permanent kontrolliert werden: Wassergehalt, Salzkonzentration, pH-Wert und Stoffwechselprodukte dürfen nur innerhalb enger Grenzen schwanken. Und damit kommen wir zu einem Organ, das für diese innere Balance unverzichtbar ist — und das sich im Laufe der Wirbeltierevolution zu einem immer komplexeren Regulationssystem entwickelt hat.

In der nächsten Episode geht es deshalb um die Evolution der Niere. Wie lernten Wirbeltiere, ihr inneres Milieu unabhängig von ihrer Umwelt konstant zu halten?

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Literatur

[1] Zu den Grundlagen der Blutgruppen siehe u. a.

[2] Zur phylogentischen Verwandtschaft der Blutgruppen bei Primaten siehe:

[3] Zur Evolution der Blutgruppen der Gattung Homo, siehe:

[4] Zur Blutgruppendiät siehe diesen Artikel des Deutschen Roten Kreuz: „Blutgruppendiät“ – was ist dran? https://www.blutspende.de/magazin/von-a-bis-0/blutgruppendiaet-was-ist-dran

[5] Siehe hierzu den Artikel von ScienceABC: Can Humans Receive Blood From Chimps? https://www.scienceabc.com/nature/animals/can-humans-receive-blood-from-chimps

Zur Xenotransfusion allgemein ist folgender Artikel zu empfehlen:

[6] Anpassungen des AB0-Systems an Infektionskrankheiten, siehe:

[7] Zum Duffy-Blutgruppensystem siehe:

[8] Zum Rhesus-System siehe:

  • Flegr, J et al. (2008). Neurophysiological effect of the Rh factor. Protective role of the RhD molecule against Toxoplasma-induced impairment of reaction times in women. Neuro Endocrinol Lett 29(4):475-81. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18766148/
  • Flegr, J et al. (2009). Increased incidence of traffic accidents in Toxoplasma-infected military drivers and protective effect RhD molecule revealed by a large-scale prospective cohort study. BMC Infect Dis 9:72 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19470165/
  • Halawani, AJ (2022). RH Groups. Blood Groups – More than Inheritance of Antigenic Substances. IntechOpen. https://www.intechopen.com/chapters/80344
  • Novotná, M et al. (2008). Toxoplasma and reaction time: role of toxoplasmosis in the origin, preservation and geographical distribution of Rh blood group polymorphism. Parasitology 135(11):1253-61. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18752708/

[9] Zum Lewis-Blutgruppensystem siehe:

[10] Siehe zum Blutgruppensystem der Neandertaler und Denisovas:

[11] Zum Blutgruppensystem bei Wirbeltieren siehe:

[12] Siehe: