Evolution vs. Kreationismus: Das Rätsel der Blutgerinnung | Bauplan des Lebens #04

Darwins Blackbox?

Ich liebe es, wenn Kreationisten der Evolution ein Ultimatum stellen. „Erklärt mir DAS — oder Gott hat gewonnen.“ Und ihr Kronzeuge Nummer eins, seit fast dreißig Jahren: die Blutgerinnung. Michael Behe, Biochemiker mit echtem Doktortitel, hat 1996 ein ganzes Buch darüber geschrieben, warum dieses System unmöglich durch Evolution entstanden sein kann. Entferne einen Faktor: Tod durch Verbluten. Also — muss es ein Designer gewesen sein. So die Logik.

Was Behe offenbar nicht wusste — oder nicht wissen wollte: Wale haben keinen Faktor XII. Sie verbluten trotzdem nicht. Fische haben den gesamten Kontaktaktivierungsweg verloren. Funktionierende Gerinnung, ganz ohne die „unverzichtbaren“ Bausteine. Das ist kein Wunder. Das ist Evolutionsbiologie.

Und die eigentliche Frage ist nicht, ob Behe Unrecht hat — das hat er. Die Frage ist: Wie baut Evolution aus einem Verdauungsenzym und einem Dotterprotein ein System, das dich vor dem Verbluten schützt? Und warum ist die Antwort darauf nicht nur ein Argument gegen Intelligent Design — sondern eine der elegantesten Geschichten, die die Molekularbiologie je erzählt hat?

Das hier ist die Evolution der Blutgerinnung.

Bevor wir in die Evolution einsteigen, müssen wir kurz verstehen, was da überhaupt passiert, wenn du blutest. Keine Sorge — das wird kein Biochemie-Lehrbuch. Aber wenn ich dir erzählen will, wie Evolution aus Trypsin Thrombin gemacht hat, musst du wissen, was Thrombin tut. Also:

Die Gerinnungskaskade — Was passiert, wenn du blutest?[1]

Für die Blutgerinnung sind vor allem die Thrombozyten (Blutplättchen) wichtig. Allerdings entsteht ein stabiler Wundverschluss nur durch das Zusammenspiel vieler voneinander abhängiger Bestandteile.

Ein Thrombozyt ist kein vollständiger Zelltyp, sondern ein kleines Zellfragment ohne Zellkern und ohne Organellen, das jedoch zahlreiche Enzyme und Signalstoffe enthält. Seine Aufgabe besteht darin, Lecks in Blutgefäßen zu verschließen und die Gerinnung einzuleiten. Wird ein Blutgefäß verletzt, werden im Gewebe Kollagenfasern freigelegt, die normalerweise vom Blut getrennt sind. Trifft ein Thrombozyt auf Kollagen, wird er aktiviert: Er schwillt an, verändert seine Form, wird „klebrig“ und setzt Botenstoffe frei. Dadurch haften weitere Thrombozyten an der verletzten Stelle an und bilden zunächst einen provisorischen Pfropf.

Parallel dazu startet eine zweite Ebene der Blutstillung: die Gerinnungskaskade. Dabei handelt es sich um eine Kette chemischer Aktivierungen, an der zahlreiche Gerinnungsfaktoren beteiligt sind. Die meisten dieser Faktoren zirkulieren bereits im Blut, jedoch zunächst als inaktive Vorstufen. Erst durch den Kontakt des Blutes mit verletztem Gewebe (z. B. Kollagen) werden sie schrittweise aktiviert.

Gerinnungsfaktoren sind spezialisierte Plasmaproteine, die überwiegend in der Leber gebildet werden. Beim Menschen sind über ein Dutzend Faktoren beteiligt. Sie werden nach einer einheitlichen Nomenklatur als Faktor mit römischer Ziffer I bis XIII bezeichnet. Die aktivierte Form erhält ein „a“ (z. B. Faktor VIIIa). Ausnahmen von dieser Regel sind Faktor I und II, die als Fibrinogen und Prothrombin bzw. in ihrer aktivierten Form Fibrin und Thrombin heißen. Faktoren II, VII, IX und X sind Vitamin K-abhängig, Faktor IV sind Calcium-Ionen. Am Ende der Kaskade wird Prothrombin in Thrombin umgewandelt. Thrombin spaltet anschließend Fibrinogen, wodurch Fibrinfäden entstehen. Diese bilden ein stabiles, unlösliches Netzwerk, dass Gerinnsel mechanisch festigt, das Blutgefäß dauerhaft abdichtet und ein Gerüst für spätere Wundheilung und Narbenbildung bereitstellt.

Die Blutgerinnung kann über zwei grundlegende Aktivierungswege ausgelöst werden: den intrinsischen und den extrinsischen Weg. Beim intrinsischen Weg (auch Kontaktaktivierung) wird die Gerinnung durch Reaktionen von im Blut vorhandenen Gerinnungsfaktoren ausgelöst, sobald diese mit Strukturen der Gefäßwand bzw. einer geschädigten Oberfläche in Kontakt kommen. Eine zentrale Rolle spielen dabei vor allem Faktor XII (Hagemann-Faktor) und Faktor XI. Der extrinsische Weg wird hingegen durch Substanzen aktiviert, die normalerweise nicht mit dem Blut in Kontakt stehen und erst bei Gewebeschädigung freigesetzt werden. Entscheidend ist hierbei Faktor III, auch Gewebsfaktor (Tissue Factor) genannt, der die Gerinnungskaskade rasch in Gang setzt.

Behes Argument — und warum die Natur es bereits widerlegt hat[2]

Fällt auch nur ein einzelner Bestandteil der Kaskade aus, kann die Gerinnung erheblich gestört sein – mit der Folge von verlängerten oder massiven Blutungen. Da viele Gerinnungsfaktoren in der Leber produziert werden, können Lebererkrankungen (z. B. Hepatitis oder Leberzirrhose) das Blutungsrisiko stark erhöhen. Ein klassisches Beispiel für eine genetisch bedingte Störung ist die Hämophilie (Bluterkrankheit), bei der bestimmte Gerinnungsfaktoren nicht oder nur unzureichend gebildet werden.

Die Blutgerinnung ist ein klassisches Beispiel für eine biochemische Kaskade: Ein Protein aktiviert ein weiteres, dieses wiederum das nächste usw. Solche Kaskaden werden von Vertretern der Intelligent-Design-Bewegung häufig als „Beleg“ für angeblich irreduzible Komplexität angeführt. Ihr Argument lautet: Entfernt man einzelne Bestandteile, bricht das gesamte System zusammen – folglich könne es nicht schrittweise entstanden sein und müsse auf einen intelligenten Designer zurückgehen.

Ein prominenter Vertreter dieser Position ist Michael Behe, der in Darwin’s Black Box ein ganzes Kapitel der Blutgerinnung widmet. Nachdem er die Gerinnungskaskade beschreibt, behauptet er, Wissenschaftler wüssten „fast nichts“ darüber, wie sie evolviert sei. Diese Aussage ist jedoch nachweislich falsch. Bereits um die Jahrtausendwende wurde Behes Argumentation unter anderem vom Biochemiker Kenneth R. Miller, etwa in Finding Darwin’s God, detailliert widerlegt.

Ein zentrales Problem der Intelligent-Design-Argumentation ist, dass komplexe Systeme nicht aus dem Nichts entstehen müssen. Evolution arbeitet mit bereits vorhandenen Bausteinen, die in anderen Kontexten bereits funktional sind. In der Blutgerinnung spricht vieles dafür, dass zentrale Komponenten durch Genduplikationen und anschließende funktionelle Spezialisierung entstanden sind. Beispielsweise sind die Vitamin-K-abhängigen Gerinnungsfaktoren untereinander strukturell verwandt, ebenso die Faktoren V und VIII. Solche Homologien sind typische Hinweise auf Duplikationsereignisse. Gerade dieser Mechanismus – Duplikation, Variation und Rekrutierung vorhandener Bestandteile – ermöglicht es, komplexe Systeme schrittweise aufzubauen, ohne dass alle Teile von Anfang an vorhanden sein müssen.

Vor allem aber ist die Blutgerinnung nicht irreduzibel komplex. Ein wichtiges Gegenargument liefert die vergleichende Physiologie: Wale, also Säugetiere wie der Mensch, besitzen keinen Hageman-Faktor (Faktor XII), den Behe als unverzichtbaren Bestandteil der menschlichen Gerinnungskaskade darstellt – dennoch gerinnt Walblut problemlos. Auch bei mehreren Fischarten (z. B. Kugelfisch und Zebrafisch) fehlt der gesamte Kontaktaktivierungsweg, an dem Faktoren XI und XII beteiligt sind. Trotzdem verfügen diese Tiere über funktionierende Gerinnungsmechanismen.

Evolution startet außerdem nie bei Null und benötigt keine „perfekten“ Systeme. Ein besonders anschauliches Beispiel liefern Hummer: Dort ist bekannt, dass die Blutgerinnung aus Proteinen hervorging, die ursprünglich andere Aufgaben hatten. Ihr fibrinogenähnliches Protein zeigt eine hohe Sequenzähnlichkeit zu Vitellogeninen (Dotterproteinen), was auf einen gemeinsamen Ursprung hinweist. In solchen Fällen können zwei zuvor getrennte Proteine, die normalerweise nicht miteinander interagieren, bei einer Gefäßverletzung zufällig in Kontakt kommen. Sobald diese Interaktion einen Vorteil bringt, kann die natürliche Selektion sie stabilisieren, verbessern und in ein größeres System integrieren.

Die entscheidende Frage lautet daher nicht, ob komplexe Systeme wie die Gerinnung „auf einmal“ entstehen können – sondern wie Evolution vorhandene Bausteine schrittweise zu immer leistungsfähigeren Regelkreisen umbaut. Und genau das zeigen die vergleichenden Befunde zur Evolution der Blutgerinnung.

Könnte ein solcher Mechanismus auch bei der Entwicklung der menschlichen Gerinnungskaskade eine Rolle gespielt haben? Spoiler: Ja. Aber nicht irgendein Mechanismus. Es ist ein und derselbe Trick, mit dem die Evolution ALLES Komplexe gebaut hat — vom Auge über die Flagelle bis zum Immunsystem. Genduplikation plus Zeit. Und jetzt zeige ich dir, wie das konkret abläuft.

Von der Serinprotease zur Kaskade — Der evolutionäre Ausgangspunkt[3]

Der Ausgangspunkt liegt vor etwa 600 Millionen Jahren bei einem frühen Vorfahren der Wirbeltiere – einem kleinen Organismus mit einem Kreislaufsystem geringen Volumens und niedrigen Blutdrucks. Wie viele Wirbellose mit Kreislaufsystem besaß auch dieser Organismus bereits klebende Blutzellen (Vorläufer zellulärer Blutstillung), die Lecks abdichten konnten. Zusätzlich existierte bereits ein weiterer, entscheidender Mechanismus: Blutungen entstehen meist durch Gewebeschädigungen. Dabei treten Zellinhalte aus – und gelangen zwangsläufig auch in die Umgebung des verletzten Gefäßes. Dazu zählen viele intrazelluläre Signalmoleküle, beispielsweise zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP).

Warum ist das relevant? cAMP dient bei Wirbeltieren als Signalmolekül zur Regulation der glatten Muskulatur – also jener Muskelzellen, die Blutgefäße umgeben. Wenn bei einer Verletzung intrazelluläres cAMP freigesetzt wird, kann dies automatisch eine Gefäßverengung auslösen. Der Blutfluss sinkt, und die vorhandenen klebrigen Blutzellen haben mehr Zeit, die Wunde zu verschließen. Bereits dieses primitive System hätte also Blutverlust effektiv begrenzen können.

Als Nächstes lohnt ein Blick auf die Eigenschaften des Blutes selbst. Blutplasma ist aufgrund osmotischer Bedingungen eine viskose, proteinreiche Lösung. Gleichzeitig ist die extrazelluläre Umgebung von Geweben biochemisch völlig anders aufgebaut: Sie enthält Signalmoleküle, unlösliche Matrixbestandteile und vor allem zahlreiche Proteasen, also proteinspaltende Enzyme. Diese Proteasen dienen nicht nur dem Abbau, sondern sind ein grundlegender Bestandteil der extrazellulären Signalübertragung, da sie viele Moleküle erst aktivieren oder in ihre endgültige Form überführen.

Das bedeutet: Das Gewebe früher Wirbeltiere war – unabhängig von Blutstillung – bereits reich an proteinspaltenden Enzymen. Was würde also passieren, wenn ein Blutgefäß reißt?

Plasma tritt in eine ungewohnte Umgebung aus. Blutzellen haften an der extrazellulären Matrix. Gewebeproteasen treffen plötzlich auf eine neue Proteinmischung aus dem Blut. Viele Plasmaproteine werden dabei zufällig in Fragmente zerschnitten. Ein Teil dieser Fragmente ist schlechter löslich als die ursprünglichen Proteine. Dadurch entstehen Proteinaggregate, die sich an der Grenzfläche zwischen Plasma und Gewebe ablagern – ein primitiver, aber funktioneller Wundpfropf. Das wirkt zunächst unspezifisch – ist aber biologisch absolut plausibel. Denn genau auf diesem Prinzip beruht die Blutgerinnung vieler heutiger Wirbelloser. Wenn sie damit überleben, gibt es keinen Grund anzunehmen, dass ein solcher Mechanismus bei frühen Wirbeltieren nicht ebenfalls funktioniert haben könnte.

Der Übergang zur modernen Gerinnung beginnt dort, wo Evolution typischerweise ansetzt: mit Genduplikation und Umfunktionierung vorhandener Proteine. Die meisten Gerinnungsfaktoren der Wirbeltiere sind Serinproteasen. Angenommen, ein Gen, das ursprünglich eine Serinprotease als Verdauungsenzym (z. B. aus der Bauchspeicheldrüse) kodiert, wird dupliziert. Solche Duplikationen treten häufig auf und sind zunächst oft neutral.

Entscheidend ist jedoch: Beim Duplikationsereignis wird die Regulatorregion des neuen Gens verändert. Dadurch wird das Duplikat nicht mehr nur in der Bauchspeicheldrüse, sondern zusätzlich in der Leber aktiviert. Die Folge: Das Enzym wird als inaktive Vorstufe in den Blutkreislauf ausgeschüttet.

Das ist zunächst ungefährlich, denn Verdauungsproteasen werden meist als inaktive Zymogene gebildet und erst durch Spaltung aktiviert. Sobald bei einer Gefäßverletzung Plasma ins Gewebe austritt, können Gewebeproteasen diese inaktive Plasmaprotease aktivieren. Dadurch steigt die Proteaseaktivität lokal an – und das Gerinnsel bildet sich schneller und stabiler. Ab diesem Moment hat das duplizierte Gen einen klaren Selektionsvorteil.

Nach diesem Prinzip kann das neue Plasmaprotease-Gen im Laufe der Zeit weitere Veränderungen ansammeln. Da die anfängliche Funktion nur moderat ist, können viele Mutationen zunächst ohne große Nachteile bestehen bleiben.

Ein besonders wichtiger Mechanismus ist dabei das Exon-Shuffling: Exons (kodierende Genabschnitte) können durch Rekombination in neue Genkontexte gelangen und so neue Proteindomänen erzeugen. Dadurch werden Proteine modular zusammengesetzt und ihre Funktionen können stark erweitert werden.

Nehmen wir an, die Plasmaprotease erhält durch Exon-Shuffling eine EGF-Domäne (Epidermal Growth Factor). EGF-ähnliche Domänen werden im Körper häufig als Bindungsmodule genutzt; viele Zellen besitzen passende Rezeptoren. Die Konsequenz wäre enorm: Die zirkulierende Protease könnte nun gezielt an Zelloberflächen im Wundgebiet binden. Sie wird zwar weiterhin durch Proteasen aktiviert, aber ihre Aktivität ist jetzt lokal konzentriert, statt diffus verteilt. Gerinnselbildung wird dadurch schneller und effizienter.

Dieses System entspricht funktionell dem Konzept des Gewebefaktors (dem Faktor III): ein lokal präsentes Aktivierungssignal, das die Gerinnung am Ort der Verletzung startet.

Sobald eine an Gewebefaktoren gebundene Protease zuverlässig aktiviert wird, entsteht Selektionsdruck auf Plasmaproteine, sich als optimale Substrate für diese Protease anzubieten. Ein dupliziertes Plasmaprotein kann sich daher schrittweise so verändern, dass es besonders leicht und gezielt gespalten wird – und dabei unlösliche Fäden bildet. So lässt sich die Entstehung von Fibrinogen plausibel erklären: ein lösliches Plasmaeiweiß, das bei Aktivierung in Fibrin überführt wird und das stabile Gerinnselnetzwerk bildet. Es besteht kein Zweifel, dass diese Schritte, die jeweils durch klassische Evolutionsmechanismen unterstützt werden, ausgereicht hätten, um ein einfaches Gerinnungssystem zu entwickeln. Dieses System wäre noch nicht so schnell oder sensitiv wie die heutige Gerinnungskaskade der Wirbeltiere – aber es wäre besser als das vorherige. Und genau das ist der entscheidende Punkt: Evolution benötigt keine Perfektion, sondern nur schrittweise Verbesserungen.

Genduplikation als Motor — Wie aus einem Protein eine Kaskade wird[4]

Könnte die Evolution dieses rudimentäre System weiter ausbauen und daraus eine vielschichtige Gerinnungskaskade entwickeln? Ja – und der nächste Schritt ergibt sich sogar logisch aus den Eigenschaften der beteiligten Enzyme. Viele Serinproteasen, darunter Trypsin und Thrombin, sind autokatalytisch. Das bedeutet: Sie können sich bis zu einem gewissen Grad selbst aktivieren, häufig indem sie durch eine Proteolyse bestimmte Aminosäurereste abspalten und dadurch ihre aktive Stelle freilegen. Auf dieser Grundlage lassen sich die zentralen Funktionen unserer ursprünglichen Plasmaprotease – nennen wir sie Protease A – wie folgt zusammenfassen:

Die inaktive Vorstufe der Protease A wird in ihre aktive Form (A*) umgewandelt, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind: Sie bindet an den Gewebefaktor (TF), und sie wird durch Gewebeproteasen proteolytisch aktiviert – darunter auch durch Protease A selbst. Entscheidend ist dabei: Protease A spaltet damit zwei verschiedene Zielstrukturen. Zum einen spaltet sie Fibrinogen (und trägt so zur Gerinnselbildung bei), zum anderen spaltet sie ihr eigenes Vorläuferprotein, wodurch aus der inaktiven Form die aktive Protease entsteht. Protease A vermittelt also zugleich Gerinnung und Selbstaktivierung. Nehmen wir nun an, es kommt zu einer Genduplikation des Protease-A-Gens. Dadurch entsteht eine zweite, zunächst sehr ähnliche Genkopie – eine neue Protease-Variante (B):

Zunächst ist eine solche Genduplikation evolutionär wenig dramatisch: Protease A und Protease B sind zunächst identisch. Beide können an den Gewebefaktor (TF) binden, beide spalten Fibrinogen zu Fibrin, und beide können sich selbst oder die jeweils andere Serumprotease aktivieren. Funktionell hat sich damit zunächst nichts geändert – es existieren lediglich zwei Kopien desselben Gens.

Nehmen wir nun jedoch an, dass eine Mutation im aktiven Zentrum von Protease B ihr Verhalten verändert: Sie spaltet seltener Fibrinogen, aktiviert dafür aber effizienter Protease A. Damit entsteht eine erste Arbeitsteilung zwischen beiden Proteasen. Der Ablauf sähe dann vereinfacht so aus: B bindet an TF und wird zu B* aktiviert; B* aktiviert A und dessen aktive Form spaltet Fibrinogen zu Fibrin.

Plötzlich verliert die Fähigkeit von Protease A, selbst an TF zu binden, stark an Bedeutung. Denn wenn Protease B sämtliche verfügbaren TF-Bindungsstellen besetzen kann, reicht die Aktivierung von B aus, um anschließend sehr große Mengen von Protease A zu aktivieren, die dann effizient Fibrinogen in Fibrin umwandeln. Doch warum sollte eine Mutation im aktiven Zentrum von B, die diese Arbeitsteilung ermöglicht, durch natürliche Selektion begünstigt werden? Die Antwort ist einfach: Sie macht die Gerinnung deutlich effizienter, indem sie aus einem einstufigen System eine zweistufige Kaskade erzeugt.

Im ursprünglichen System musste jede einzelne Protease direkt über TF aktiviert werden. Im neuen System genügt es, wenn ein TF-Molekül eine Protease B aktiviert, denn jede aktivierte Protease B* kann wiederum Dutzende oder Hunderte Moleküle A aktivieren. Dadurch entsteht eine massive Signalverstärkung: Es stehen viel mehr aktive Proteasen in unmittelbarer Nähe der Verletzung bereit, sodass die Gerinnung schneller abläuft. Dieser Geschwindigkeitsvorteil erhöht die Überlebenschancen bei Blutverlust – genau die Art Selektionsdruck, der solche Mutationen begünstigt.

Das Grundprinzip deutlich: Eine einfache Genduplikation schafft zunächst redundante Kopien. Genau diese Redundanz eröffnet dann Spielraum für Mutationen, ohne dass die ursprüngliche Funktion verloren geht. Da Genduplikationen häufig auftreten und oft zunächst neutral sind, sind sie über lange evolutionäre Zeiträume sehr wahrscheinlich. Sobald sie vorhanden sind, werden Mutationen, die die Effizienz des Systems erhöhen, schnell positiv selektiert. Auf diese Weise kann ein funktionierendes Zwei-Stufen-System relativ rasch entstehen.

Zwei wichtige Konsequenzen ergeben sich daraus:

Erstens: Wenn ein einstufiges System durch Duplikation und Spezialisierung zu einem zweistufigen werden kann, dann kann ein zweistufiges System ebenso zu einem dreistufigen werden. Eine zunehmende biochemische Komplexität ist also nicht nur mit Evolution vereinbar – sie wird von ihr sogar vorhergesagt.

Zweitens: Ein frühes Gerinnungssystem ist zunächst schwach und relativ ungefährlich. Doch je leistungsfähiger und schneller es wird, desto größer wird das Risiko einer gefährlichen Fehlaktivierung: Eine Kaskade könnte außer Kontrolle geraten und unnötige oder massive Gerinnsel verursachen. Wenn die Gerinnungskaskade immer größer wird, besteht die Möglichkeit, dass ein kleiner Reiz eine Reaktion auslöst, die dazu führt, dass das gesamte Blut eines Organismus gerinnt oder zumindest so viel davon, dass ernsthafte Probleme entstehen. Hat die Evolution auch darauf eine Antwort?

Auch dieses Problem lässt sich evolutionär schlüssig erklären. Sobald Gerinnsel gelegentlich groß genug werden, um gesundheitliche Schäden zu verursachen, wird die Selektion Systeme begünstigen, die die Gerinnung begrenzen und kontrollieren. Und wie entstehen solche Kontrollmechanismen? Wieder durch Duplikation und Umfunktionierung bereits vorhandener Proteine. Ein Beispiel ist α1-Antitrypsin, ein Protein, das im Gewebe Serinproteasen bindet und hemmt. Eine Genduplikation dieses Inhibitors hätte eine Grundlage geliefert, aus der sich Antithrombin entwickeln konnte – ein Hemmstoff, der heute die Aktivität von Thrombin kontrolliert. Plasminogen, die Vorstufe des gerinnungsauflösenden Enzyms Plasmin, kann plausibel aus Duplikaten bestehender Proteasegene hervorgegangen sein, sobald eine gezielte „Gerinnselbeseitigung“ einen Selektionsvorteil bot.

Der Schlüssel zum Verständnis der Evolution der Blutgerinnung liegt darin, dass das heutige System nicht plötzlich entstanden ist. Wie andere biochemische Netzwerke entwickelte es sich schrittweise aus Proteinen, die ursprünglich anderen Funktionen dienten.

Wale, Fische, Seegurken — Was Vergleiche uns verraten[5]

Heutige Organismen sind die Nachkommen dieser Vergangenheit und tragen ihre biochemische Geschichte weiterhin in sich. Genau deshalb lassen sich evolutionäre Hypothesen über vergleichende Biochemie und Genetik überprüfen. Schon ein grobes Evolutionsschema wie das oben skizzierte führt zu konkreten und testbaren Vorhersagen. Und genau darin liegt seine Stärke.

Ein zentraler biochemischer Hinweis ist, dass viele Gerinnungsenzyme Serinproteasen sind – proteinspaltende Enzyme, deren aktive Stelle ein besonders reaktionsfähiges Serin enthält. Die entscheidende Frage lautet: Wo entstehen Serinproteasen ursprünglich? Ein Hauptproduzent dieser Enzyme ist die Bauchspeicheldrüse, die Serinproteasen zur Verdauung freisetzt. Interessanterweise teilen Bauchspeicheldrüse und Leber einen gemeinsamen embryonalen Ursprung. Und tatsächlich werden die meisten Gerinnungsproteasen in der Leber produziert. Damit ist ein plausibler evolutionärer Weg naheliegend: Eine Genduplikation eines Pankreasenzyms, die durch veränderte Regulation im „Schwesterorgan“ Leber aktiv wird, kann eine Protease ins Blutserum bringen – genau wie im Modell angenommen.

Wenn die Gerinnungskaskade durch Duplikation und Spezialisierung entstanden ist, dann sollten die Gerinnungsproteasen untereinander stark verwandt sein und zudem Verwandtschaft zu Verdauungs-Serinproteasen (z. B. Trypsin) zeigen. Genau das findet man: Thrombin ist homolog zu Trypsin, und auch die Gerinnungsproteasen Prothrombin sowie die Faktoren VII, IX, X und XI zeigen klare strukturelle und sequenzielle Homologien. Dieses Muster ist konsistent mit der Annahme wiederholter Genduplikationen. Noch strenger wird der Test, wenn man phylogenetische Erwartungshaltungen formuliert: Wenn die Duplikationen, aus denen die Gerinnungskaskade hervorging, bereits früh in der Wirbeltierlinie stattfanden, dann müssten wir in verschiedenen Wirbeltiergruppen vergleichbare „Stammbäume“ der Gerinnungsfaktoren rekonstruieren können. Das ist eine sehr starke Vorhersage, denn sie fordert, dass Sequenzdaten, die man noch gar nicht untersucht hat, in ein vorhersagbares Muster passen müssen. Genau solche Muster lassen sich jedoch nachweisen.

Wenn Fibrinogen aus einem ursprünglich nicht-gerinnungsbezogenen Protein rekrutiert wurde, dann sollte es in Tieren ohne Wirbeltier-Gerinnungssystem eine fibrinogenähnliche Sequenz geben – also ein homologes Protein, das ursprünglich andere Funktionen hatte. Das ist eine gewagte, aber überprüfbare Hypothese. Und sie wird bestätigt: Bereits 1990 wurde eine fibrinogenähnliche Sequenz in einer Seegurke (Stachelhäuter) gefunden. Das stützt deutlich die Annahme, dass Fibrinogen – ebenso wie andere Gerinnungskomponenten – durch Duplikation und funktionelle Umnutzung entstanden ist.

Schließlich lässt sich prüfen, ob die Gerinnungskaskade phylogenetisch schrittweise komplexer wird. Auch hier passen die Daten zum Evolutionsmodell:

Kieferlose Agnathen besitzen zwar über Gene, die die Umwandlung von Fibrinogen zu Fibrin durch Thrombin bewirken, ihnen fehlen jedoch Faktoren, die bei Säugetieren für die Aktivierung von Thrombin zentral sind. Fische besitzen keine Faktoren der Kontaktaktivierung. Bei Tetrapoden taucht erstmals Faktor XII auf, der bei Vögeln und Walen unabhängig wieder verloren ging. Beim Vorfahren der Säugetiere entsteht schließlich Faktor XI. Dieses gestufte Auftreten und wiederholte Verlieren einzelner Faktoren entspricht genau dem, was man von einem evolvierenden, modularen System erwarten würde.

Es wäre unseriös zu behaupten, wir könnten die evolutionäre Entstehung der Blutgerinnung bis ins Detail rekonstruieren. Die Vergangenheit ist nicht vollständig zugänglich, und viele Details bleiben zwangsläufig unsicher. Aber: Es gibt kaum Zweifel, dass wir genug wissen, um ein wissenschaftlich plausibles und gut begründetes Evolutionsszenario zu formulieren. Vor allem liefert dieses Szenario konkrete Vorhersagen, die anhand moderner Genom- und Proteindaten überprüft werden können – und es hält diesen Tests bemerkenswert gut stand.

Outro

Und damit sind wir am Ende — aber Behes Blutgerinnungs-Fiasko ist nur die Hälfte der Geschichte. Die andere Hälfte spielt sich direkt auf deinen roten Blutkörperchen ab. Da sitzen Zuckermoleküle — Antigene, die von Mensch zu Mensch verschieden sind. Blutgruppen. Die falsche Transfusion: Tod durch Verklumpung. Aber warum gibt es überhaupt Blutgruppen? Warum haben Wale andere Blutgruppensysteme als wir? Und warum können Vögel bei der ersten Transfusion Blut von fast jeder anderen Vogelart bekommen — aber die zweite Transfusion derselben Art tötet sie? Die Evolution der Blutgruppen ist eine Geschichte über Immunsysteme, die älter sind als die Wirbeltiere selbst. Und über einen evolutionären Wettlauf, der niemals endet.

Wenn ihr für diese Art von wissenschaftlicher Zerstörungsarbeit zu haben seid — lasst gerne ein Like und ein Abo da. Denn es gibt offenbar immer noch Leute, die 1996 ein Buch geschrieben haben und denken, die Biologie hätte seitdem Däumchen gedreht.

Weiterführende Literatur findet ihr wie immer in der Beschreibung.

Literatur/Fußnoten

[1] Allgemeine Literatur zur Blutgerinnung:

  • Campbell, NA et al. (2014). Campbell Biologie, 10., aktualisierte Auflage, Kapitel 43
  • Sadava, D et al. (2019). Purves, Biologie, 10. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Kapitel 49
  • Penzlin, H (2021). Lehrbuch der Tierphysiologie, 9. Auflage. Spektrum Verlag, Kapitel 29

[2] Beiträge, die sich kritisch mit Behes Argumentation auseinandersetzen:

Zum Blutgerinnungssystem der Wale und anderer Meerestiere siehe:

[3] Grundlagen zur Evolution der Blutgerinnung, siehe:

Spezialliteratur:

[4] Siehe die anderen Fußnoten, Abbildungen vor allem aus:

[5] Zur phylogenetischen Einordnung der Evolution der Blutgerinnung, siehe:

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