Schlechte Gesangsschüler

Wissenschaftler schalten das Gen FOXP2 bei Zebrafinken stumm und kriegen was zu hören

4. Dezember 2007

Dass der Mensch Worte und Sätze bilden kann, verdankt er seinem Gehirn. Komplexe Netzwerke aus Nervenzellen weisen Worten Bedeutung zu und steuern Mund, Zunge und Kehlkopf. Das Gen FOXP2 ist offenbar für die korrekte Ausbildung und Funktion dieser Schaltkreise notwendig, denn Personen mit defektem FOXP2 haben Artikulationsstörungen und es mangelt ihnen auch am grammatikalischen Verständnis. Was der Trankriptionsfaktor FOXP2 jedoch genau reguliert, konnten die Wissenschaftler bislang nicht zeigen. Das Lernverhalten von Singvögeln gilt als Modell für den menschlichen Spracherwerb. Ein Forscherteam, dem auch Max-Planck-Wissenschaftler angehören, hat deshalb FOXP2 bei jugendlichen Zebrafinken stumm geschaltet. Die Vögel lernten daraufhin schlechter singen. Das Experiment ist das erste, das einen kausalen Zusammenhang zwischen einem Gendefekt und dem korrekten Erwerb von Lautäußerungen nachweist. (PLoS Biology Online, 4. Dezember 2007)

original
Männliche Zebrafinken (rechts und Mitte), bei denen das Gen FOXP2 stumm geschaltet wurde, lernten schlechter singen.

Die menschliche Sprache ist ein Gemeinschaftsprodukt. Bestimmte Gehirnschaltkreise weisen Worten Bedeutungen zu. Andere verknüpfen sie zu sinnvollen Sätzen. Dritte wiederum sorgen dafür, dass die Zunge und der Mund diesen Sätzen Klang verleihen. Das alles lernt der Mensch in seiner Kindheit, indem er anderen zuhört und sie imitiert. Es gibt Hinweise, dass das Gen FOXP2 diese Prozesse beeinflusst. Die Frage ist allerdings, wie.

FOXP2 wurde erstmals 2001 bei den Mitgliedern einer Familie mit einer auffälligen Sprachstörung entdeckt. Diese hatten Schwierigkeiten bei der Artikulation. Ursache ist eine Mutation im FOXP2-Gen, das für einen Transkriptionsfaktor kodiert. Transkriptionsfaktoren steuern die Ableserate anderer Gene und beeinflussen somit, welche Proteine die Zelle produziert.

"FOXP2 ist auch im jugendlichen Vogelgehirn aktiv", sagt Constance Scharff, die diese Forschung als Arbeitsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik begann und inzwischen Professorin an der Freien Universität Berlin ist. Es kommt dort vor allem im Areal X vor, einem Bereich, der bei Jungvögeln für das Lernen von Gesang notwendig ist. Der entsprechende Bereich liegt bei Menschen in den sogenannten Basalganglien. Die Vögel eignen sich als Modell für den Spracherwerb beim Menschen und könnten möglicherweise helfen, die Rolle von FOXP2 genauer zu entschlüsseln. Denn Zebrafinken lernen Gesänge, die der menschlichen Sprache ähneln: Sie bestehen aus unterschiedlichen Silben, die strukturierte Reihenfolgen ergeben. Auch der Lernvorgang ist bei Vögeln und Menschen ähnlich. Beide eignen sich ihre Lautfolgen an, indem sie ältere Artgenossen imitieren.

In ihren Experimenten schalteten die Forscher daher das FOXP2-Gen mittels RNA-Interferenz in Teilen des Areal X im Vogelhirn stumm. Dazu führten sie dort komplementäre kurze RNA-Stückchen in die Zellen ein. Diese fangen die Boten-RNA, eine Abschrift des Gens, auf ihrem Weg zu den Proteinfabriken ab, und verhindern so die Produktion des Proteins. "Wir haben jeden Zebrafinken dann zusammen mit einem erwachsenen Zebrafinken-‚Tutor’ in einem schallisolierten Käfig gehalten", erklärt Scharffs Mitarbeiter Sebastian Haesler. Nach etwa 70 Tagen gaben Vögel mit intaktem FOXP2 die Gesänge der älteren Artgenossen exakt wieder. "Zebrafinken, bei denen das Gen stumm geschaltet worden war, imitierten die Silben ihrer Lehrer weniger präzise", sagt Haesler. Zudem ließen sie Silben aus.

original
Schlechte Gesangsschüler: Der Gesang der Zebrafinken mit stummem FoxP2-Gen (unten) unterscheidet sich von demjenigen ihrer Lehrer (oben). Viele Silben (durch schwarze Unterstriche und Buchstaben angezeigt) ähneln sich nicht. Außerdem lässt der Schüler manche Silben aus.

Genau solche Symptome zeigen auch die vom FOXP2-Defekt betroffenen Personen. "Wir wissen zwar immer noch nicht, was FOXP2 genau macht", sagt Scharff. So könnte der Gendefekt zum Beispiel motorische Funktionen wie die Kehlkopfbewegung oder das Abspeichern der zu lernenden Gesänge beeinträchtigen. "Wir vermuten jedoch, dass er die zellulären Mechanismen des Lernens beeinflusst." Dies muss jetzt näher untersucht werden. Mit dem gelungenen erstmaligen Einsatz der RNA-Interferenz bei Vögeln haben Scharff und ihre Kollegen auf jeden Fall die Tür für die funktionelle Genanalyse bei Vögeln geöffnet.

Zur Redakteursansicht