Wie sich die Falbkatze in die Hauskatze verwandelte

Wissenschaftler haben das komplette Genom der Hauskatze sequenziert und es mit dem Genom ihrer Urahnin, der Wildkatze verglichen. Dabei konnten sie einige Hinweise auf Gene finden, die für die Domestizierung eines der beliebtesten Haustiere verantwortlich sind. Durch weitere Sequenzvergleiche mit anderen Säugetieren konnten sie außerdem Gene ausmachen, die es der Katze erlaubten eine erfolgreiche Jägerin zu werden.

Vor etwa 10 000 Jahren schlich die Falbkatze auf samtenen Pfoten um die Behausungen der gerade sesshaft gewordenen Menschen und entdeckte zu ihrer großen Freude, dass die Nahrungsvorräte der Menschen kleine Nagetiere und damit ihre Leibspeise anlockten. Die Anwesenheit der erfolgreichen Jägerin war dem Menschen zum Schutz seiner Vorräte sehr willkommen und so begann er vermutlich damit, sie durch kleine Naschereien zum dauerhaften Bleiben zu verlocken. Die Urahnin unserer Hauskatze gewöhnte sich so daran, in der Nähe des Menschen zu leben und von ihm Futter entgegen zu nehmen, bewahrte sich aber, anders als der Hund, über viele Jahrtausende hinweg immer eine gewisse Eigenständigkeit. Auch heute noch wirken Hauskatzen auf uns meist unabhängiger und eigenwilliger als beispielsweise viele Hunde. Das mag damit zusammen hängen, dass die Katzen sich uns erst vor c.a. 10.000 Jahren anschlossen, während uns Hunde schon etwa 30.000 Jahre lang begleiten. Die frühesten Hinweise auf ein Zusammenleben von Menschen und Katzen fand man in Zypern und China. Sie liegen 9.500 bzw. 5.000 Jahre zurück. Nach ihrer Domestizierung waren die Katzen vermutlich nur einem geringen Selektionsdruck ausgesetzt. Anders als die verschiedenen Rassen der meisten anderen Haustiere, die als Nutztier gezüchtet wurden entstanden die meisten der 30 bis 40 Katzenrassen erst in den letzten 150 Jahren. Und die Züchter legten dabei immer mehr Wert auf das Aussehen der Tiere als auf funktionelle Eigenschaften. So sieht auch heute noch manche getigerte Hauskatze der Falbkatze so ähnlich, dass es schwer fällt zu sagen, welches die Hauskatze und welches die Wildkatze ist.

Wissenschaftler haben nun im Rahmen des Cat Genome Sequencing Projects das erste vollständige Genom einer Hauskatze sequenziert und dabei auch Aufschlüsse über die Domestizierung der Katze gewonnen. Als Referenzgenom sequenzierten sie das Erbgut einer weiblichen Abessinierkatze, namens Cinnamon,, deren Abstammung sie über mehrere Generationen zurück verfolgen konnten.

Um für die Domestizierung charakteristische Merkmale zu identifizieren sequenzierten die Forscher außerdem die Genome mehrerer Rassekatzen, die auf Haarfarbe, Musterung, Gesichtszüge und Zahmheit gezüchtet worden waren.

Weiter wollten die Wissenschaftler herausfinden, welche Gene allgemein für Raubtiere typisch und welche für die Eigenschaften der Katzen charakteristisch sind. Dazu verglichen sie das Katzengenom mit den Genomen von Tiger, Rind, Hund und Mensch. So konnten sie bei der Katze die Gene aufspüren, die für die Ausprägung ihrer charakteristischen Eigenschaften verantwortlich sind: ihre ausschließlich tierische Ernährungsweise, ihr für die Jagd an die Dämmerung angepasstes Sehvermögen und die Bandbreite ihres feinen Gehörs, sowie ihren ausgeprägten vomeronasalen Geruchssinn.

Wie die Katze zur exzellenten Jägerin wurde

Raubtiere besitzen ein ausgezeichnetes Gehör: Nur so gelingt es ihnen ihre potentiellen Beutetiere aufzuspüren bevor sie selbst entdeckt werden. Katzen besitzen den breitesten Hörbereich unter den Raubtieren. Sie können sowohl die im Ultraschallbereich liegende Kommunikation ihrer Beute, als auch deren Bewegungen hören. Die Wahrnehmungsschwelle liegt bei einem Schalldruckpegel von −10 dB SP. Damit ist ihr Gehör deutlich besser, als das des Hundes (0 dB SPL). Der Frequenzumfang des Katzengehörs reicht von 55 Hz bis 79 KHz. Dabei liegen die Geräusche, die das wichtigste Beutetier der Katze, die Maus von sich gibt im oberen Bereich der Frequenzgrenze. Schallwellen in diesem Bereich lassen sich besonders gut lokalisieren. Um ihrer Beute aufzulauern sitzt die Katze lange Zeit ruhig an einer Stelle und richtet ihre großen, beweglichen Ohren in die Richtung, aus der die Geräusche kommen. Die Wissenschaftler konnten sechs Gene identifizierten, die den Katzen vermutlich zu ihrem besonders guten Gehört verhelfen. Erbschäden in diesen Gene werden beim Menschen mit Taubheit und Hörschäden in Verbindung gebracht.

Auch die Sehschärfe von Raubtieren ist optimal für die Jagd angepasst. Das gilt besonders für Räuber, die bevorzugt in der Dämmerung auf Pirsch gehen, wie die Katze. So fanden die Forscher 20 Gene, die Raubtieren zu ihrer außergewöhnlichen Sehfähigkeit verhelfen. Beim Menschen führen Mutationen in diesen Genen zu visuellen Erkrankungen. Menschen mit einem verkürzten CHM-Gen erkranken beispielsweise an Choroideremia, einer seltenen, degenerativen Erkrankung der Retina. Die Krankheit beginnt mit Nachtblindheit und einem Verlust der peripheren Sehkraft und bringt schließlich einen Verlust der zentralen Sehfähigkeit mit sich. Viele Raubtiere können nachts ausgezeichnet sehen und die Forscher gehen davon aus, dass sich die Fähigkeit bei schwachem Licht noch scharf sehen zu können durch einzelne günstige Mutationen in mehreren Genen herausgebildet hat. Das Gen MYO7A etwa trägt die Information für ein Protein, das sowohl für die Funktion des Gehörs als auch für das Sehen existentiell ist, denn Menschen, die Mutationen in diesem Gen haben sind taub und blind.

Anpassungen an eine rein fleischliche Ernährungsweise

Im Unterschied zu vielen anderen Raubtieren ernähren sich Katzen ausschließlich von Fleisch. Vermutlich können sie deshalb bestimmte essentielle Fettsäuren, wie etwa Arachidonsäure, selber nicht herstellen. Die Aktivität des dazu notwendigen Enzyms Delta-6-Desaturase ist bei ihnen zu schwach ausgeprägt. Bisher ist allerdings noch nicht klar, ob Katzen diese lebensnotwendigen Fettsäuren über einen anderen Syntheseweg bilden können.

Wegen ihrer guten Anpassung an ihre rein fleischliche Nahrung können Katzen viele gesättigte und mehrfach gesättigte Fettsäuren fressen ohne, dass sich ihre Blutfettwerte verändern. Wir Menschen würden bei einer so einseitigen Kost massive Herz-Kreislauf-Probleme und Arteriosklerose bekommen. Eines der Gene, die es der Katze erlauben tierisches Fett ohne Probleme zu verstoffwechseln heißt ACOX2: Es könnte ihr möglicherweise dabei helfen verzweigte Fettsäuren besser abzubauen und so ihren Triglyceridspiegel zu kontrollieren. Auch das Gen PAFAH2 ist bei Katzen positiv verändert. Bei uns Menschen soll es an der Entstehung von Koronaren Herzkrankheiten und Ischämien beteiligt sein. Vermutlich haben sich bei der Katze die vielen Genen, die für den Fettsäurestoffwechsel zuständig sind als Anpassung an ihre rein fleischliche Nahrung entwickelt. Wahrscheinlich wurden diese Gene auf ähnliche Weise optimiert, wie die Gene des Lipidstoffwechsel beim Eisbären, der seine Ernährung bei seiner Wanderung nach Norden mangels pflanzlicher Alternativen auf eine rein fleischliche Nahrung umstellen musste.

Ausgeprägter vomeronasaler Geruchssinn

Sowohl die Verdopplung, als auch der Verlust einzelner Gene kann das Erscheinungsbild einer Art stark prägen. Deshalb suchten die Wissenschaftler nach Proteinfamilien, die sich bei der Hauskatze massiv verändert haben. Es gibt zwei verschiedene Genfamilien, die für die Geruchswahrnehmung verantwortlich sind: Rezeptoren, die für die Wahrnehmung olfaktorischer Reize und solche die für vomeronaserale Reize zuständig sind. Anders als der Hund verlassen sich Katzen bei der Jagd mehr auf ihr ausgezeichnetes Gehör und ihre Sehkraft, als auf ihren Geruchssinn. Das spiegelt sich auch in dem Genrepertoir der beiden Spezies wider: So verfügen Katzen nur über rund 700 Gene zur Wahrnehmung olfaktorischer Reize, während Hunde für diesen Zweck mehr als 800 Gene besitzen. Bei der Ausprägung der vomeronasalen Wahrnehmung verhält es sich dagegen genau umgekehrt: Mit diesen Genen sind die Katzen besser ausgestattet und haben offensichtlich die Anzahl der Gene dieser Familie auf 21 ausgebaut. Während sich die Anzahl der entsprechenden Gene beim Hund auf nur noch acht reduziert hat. Das hängt wahrscheinlich damit zusammen, dass Katzen als Einzelgänger leben und auf ihren vomeronasalen Geruchssinn angewiesen sind, um Partner für die Paarung zu finden. Hunde dagegen, die in Rudeln leben, müssen ihre Sexualpartner meist nicht erst durch Geruchssignale aufspüren.

Bei der evolutionären Anpassung gibt es anscheinend einen Ausgleich zwischen der Zahl der Gene, die für den Geruchssinn und solchen, die für andere Sinneswahrnehmungen zuständig sind. So ging etwa bei den Primaten die Entwicklung des farbigen Sehens mit einem Verlust beim Geruchssinn einher. Ein solcher Ausgleich scheint auch bei den Katzen stattgefunden zu haben: Bei ihnen reduzierte sich die Zahl der für die Verarbeitung olfaktorischer Reize zuständigen Gene zu Gunsten der vomeronasalen Gene.

Hauskatze ist nur halbdomestiziert

Katzen leben bei weitem noch nicht so lange mit dem Menschen zusammen, wie etwa Hunde. Auch sind viele Populationen von Hauskatzen nicht wirklich von Wildkatzen getrennt, mit denen sie sich immer wieder mischen und sie werden vom Menschen weder gefüttert noch gezüchtet. Manche Hauskatzen lässt sich rein äußerlich kaum von einer Wildkatze unterschieden. Die einzigen Unterschied zwischen Wild- und Hauskatzen bestehen meist nur in der Zutraulichkeit und manchmal in einem grazileren Körperbau, der Fellfarbe oder der Länge ihrer Haare. Daher gilt die Hauskatze nur als halbdomestiziert. Diese Tatsache sollte sich auch in ihren Genen widerspiegeln. Um die genetischen Unterschiede zwischen Haus- und Wildkatzen zu untersuchen verglichen die Forscher die Genome mehrerer Hauskatzenrassen mit denen verschiedener Wildkatzen. So konnten sie 13 Gene in fünf verschiedenen chromosomalen Regionen ausmachen, in denen sich die Hauskatze von der Wildkatze unterscheidet.

Hauskatzen unterscheiden sich in Genen, die das Verhalten steuern

Viele dieser Gene spielen eine wichtige Rolle für das Verhalten der Hauskatze. Die beiden Protocadherin-Gene PCDHA1 und PCDHB4 etwa werden für die Angstkonditionierung benötigt. Veränderungen in diesen Genen könnten der Katze dazu verholfen haben, sich an die Gegenwart des viel größeren Menschen und seine ihr fremde Umgebung zu gewöhnen. Ein weiteres dieser Gene ist GRIA1, das für einen Glutamatrezeptor kodiert. Glutamat-Rezeptoren sind die bedeutensten Neurotransmitter-Rezeptoren im Gehirn von Säugetieren und für die Langzeit-Potenzierung zuständig. Damit ermöglichen sie Lernprozesse. Bei Mäusen, die kein GRIA1-Gen mehr besitzen funktioniert das Lernen am Erfolg nicht mehr. Dabei ist besonders das Lernen in Verbindung mit Futter als Belohnung betroffen. Anpassungen im GRIA1-Gen könnten der Katze also dabei geholfen haben, sich so zu verhalten, dass der Mensch gewillt war ihr Futter zu geben und sie in seiner Umgebung zu tolerieren. Noch zwei weitere Glutamat-Rezeptor-Gene sind bei der Hauskatze verändert: GRIA2 und NPFFR2. Das Gen DCC kodiert für den Netrin-Rezeptor. Es kommt in großer Zahl auf dopaminergen Nervenzellen vor. Bei Mäusen, die kein DCC besitzen ist das dopaminerge Nervensystem so verändert, dass die Tier ein schlechteres Gedächtnis haben und ihr Verhalten nicht an Belohnungen anpassen können. Auch eine Anpassung von DCC könnte es der Katze erleichtert haben ihr Verhalten an die Wünsche des Menschen so anzupassen, dass er ihr gerne ein paar Leckereien zusteckte.

Weiter fanden die Wissenschaftler bei der Katze auch genetische Veränderungen, die die Hypothese vom Domestizierungssyndrom stützen. Nach dieser Theorie werden die morphologischen und physiologischen Veränderungen, die bei domestizierten Säugetieren auftreten direkt oder indirekt durch leichte Defekte von Zellen in der Neuralleiste hervorgerufen, die eine zentrale Rolle bei der Embryonalentwicklung spielen.

Domestizierung brachte mehr genetische Vielfalt mit sich

Außerdem identifizierten die Wissenschaftler bei der Hauskatze eine Anreicherung von Genen, die für die homologe Rekombination und für das gerichtete Wachstum von Neoronen zuständig sind. Abweichungen in diesen Genen können für die hohe Rekombinationsrate von Hauskatzen verantwortlich sein. Auch bei anderen Haustieren führt eine Zunahme der Rekombination vermutlich zu mehr genetischer Vielfalt. Das könnte insbesondere dann der Fall sein, wenn ein für vermehrte Rekombination zuständiges Gen in der Nähe von Genen liegt, die einem starken Selektionsdruck ausgesetzt sind. Die Wissenschaftler konnten ein Beispiel für diesen Fall im Genom der Katze aufzeigen.

Zucht von Rassekatzen erst vor 150 Jahren begonnen

Die Hauskatze unterscheidet sich in ihrer Fellfarbe, -beschaffenheit und -musterung stark von ihren wilden Ahnen. Dennoch gibt es nur eine vergleichsweise geringe Anzahl von etwa 30 bis 40 Katzenrassen, deren Züchtung nur etwa 150 Jahre zurück reicht. Noch vor 200 Jahren gab es nur fünf „Katzenrassen“ , die sich durch geographische Isolation gebildet hatten. Langes Fell und die typische Siamkatzen-Zeichnung waren ihre einzigen Charakteristika. Viele der anderen bekannten Farbvarianten der Hauskatze traten dagegen auf natürliche Weise auf, noch bevor mit der Zucht von Rassen begonnen wurde.

Weiße Tupfer sind ein typische Merkmal der Domestizierung. Bei der Hauskatze reicht die Variantsbreite von völlig fehlender Pigmetation (ganz weiß), über zweifarbige Vertreter mit weißen Tupfern bis hin zu Tieren, die nur weiße Pfoten haben. Die Birmakatze etwa ist eine Point-Katze, deren Körperfell in den wärmeren Körperbereichen aufgehellt ist, während die kühleren Körperregionen, die sogennnten Points, wie Gesicht, Ohren, Beine, Schwanz und Hodensack dunkler gefärbt sind. Außerdem hat sie ein langes Fell und weiße Pfoten. Vor kurzem hatte eine Studie ergeben, dass viele Point-Katzen eine Veränderung im ersten Intron des Gens KIT haben, das für die Migration, Vermehrung und das Überleben von Melanozyten zuständig ist. Bei der Birmakatze liegt diese Mutation jedoch nicht vor. Die Forscher fanden heraus, dass die charakteristischen weißen Pfoten der Birmakatze auf nur zwei kleine Änderungen in der vierten Domäne von KIT zurückgehen. Alle Birmakatzen weisen diese Veränderung auf, was vermuten lässt, dass der Mensch diese Katzen extra auf weiße Pfoten züchtete und diese Veränderungen erst sehr kurzfristig im Genom der Tiere auftraten.

Die Anzahl der mit der Domestizierung der Katze einhergehenden genetischen Veränderungen sind im Vergleich zu den beispielsweise beim Hund auftretenden Veränderungen nur moderat. Das lässt sich damit erklären, dass Katzen erst später domestiziert wurden, sie kaum auf veränderte physische Eigenschaften gezüchtete wurden und sie auch kaum von Wildkatzenpopulation getrennt sind. Die stärkste Selektionsdruck bestand darin, dass die Katze ihre Scheu überwinden und zahm werden musste, um von dem Futter zu profitieren, das der Mensch ihr bereit stellte.

von Ute Keck

 

Originalpublikation:

Montague MJ, Li G, Gandolfi B, Khan R, Aken BL, Searle SM, Minx P, Hillier LW, Koboldt DC, Davis BW, Driscoll CA, Barr CS, Blackistone K, Quilez J, Lorente-Galdos B, Marques-Bonet T, Alkan C, Thomas GW, Hahn MW, Menotti-Raymond M, O’Brien SJ, Wilson RK, Lyons LA, Murphy WJ, Warren WC. Comparative analysis of the domestic cat genome reveals genetic signatures underlying feline biology and domestication. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Nov 10. pii: 201410083. [Epub ahead of print] doi: 10.1073/pnas.1410083111