Machen unsere Gene uns schlau? Über die molekularen Grundlagen der Intelligenz

Schul- und Berufserfolg, eine gesunde Lebensweise und Lebenserwartung hängen von der allgemeinen Intelligenz ab. Die Entschlüsselung jeglicher Ursachen von Intelligenzunterschieden ist daher von einem hohen wissenschaftlichen, aber auch gesellschaftlichen Interesse. Adoptions- und Zwillingsstudien haben wiederholt gezeigt, dass Anlage und Umwelt in etwa gleichen Teilen Intelligenzunterschiede bedingen. Dass Lebenserfahrung und Schulbildung, wie beispielsweise Problemlösefähigkeiten, die Grundlagen der Mathematik oder Prinzipien der formalen Logik, zur Entwicklung und Entfaltung der Intelligenz beitragen, lässt sich intuitiv nachvollziehen. Doch wie kann es sein, dass unser genetisches Erbe einen Einfluss auf unsere kognitive Leistungsfähigkeit hat?

Intelligenz und intelligentes Handeln entspringt dem menschlichen Gehirn. Um zu verstehen, wie unser genetisches Erbe die Intelligenz beeinflusst, muss man sich bewusst machen, was genau genetische Unterschiede sind und wie sie auf das menschliche Gehirn wirken. Dieser eher allgemeinen Frage schließen sich wesentlich konkretere an: Wenn genetische Faktoren so einen starken Einfluss auf allgemeine kognitive Funktionen haben, müsste es auch möglich sein, einzelne Gene zu identifizieren, die ihren Beitrag zur Intelligenzunterschieden leisten. Wie heißen die Gene, wo liegen sie auf unserer DNA und welche Rolle spielen sie im menschlichen Gehirn?

Das Genom: Der Bauplan von Körper und Geist

Das menschliche Genom umfasst 23 Chromosomenpaare, die aus der DNA mit der gesamten genetischen Information bestehen und im Zellkern jeder Körperzelle vollständig vorliegen. Die DNA selbst ist eine lange Abfolge von Nukleotiden, die von einem Zucker und einer Phosphatgruppe zusammengehalten werden und eine von vier verschiedenen Basen enthalten. Diese Basen heißen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin und bilden die Buchstaben unseres genetischen Codes. Abbildung 1 zeigt einen kleinen Ausschnitt der (doppelsträngigen) DNA. Die Buchstaben A, G, C, und T kennzeichnen die verschiedenen Basen. Auf der DNA liegen funktionale Abschnitte vor, die Gene genannt werden. Ein Gen ist eine definierte Abfolge von Basen, die den Bauplan für ein Eiweißmolekül stellen. Eiweißmoleküle geben den Zellen unseres Körpers ihre Struktur, übernehmen allerdings auch wichtige Aufgaben beim Ablauf biochemischer Reaktionen und leisten somit einen wesentlichen Beitrag zum Stoffwechsel und damit auch zur Funktion der Körperzellen. Bekannte Beispiele für solche Eiweißmoleküle sind Kollagene, die das Bindegewebe des menschlichen Körpers bilden, und das Insulin, das als Hormon den Blutzuckerspiegel reguliert. Insgesamt liegen auf der menschlichen DNA in etwa 23 000 Gene.

Kein Mensch ist wie der andere: Genetische Vielfalt

Eine der zentralen Erkenntnisse des Human Genome Projects, das mit der vollständigen Entschlüsselung des menschlichen Erbguts im Jahre 2003 erfolgreich abgeschlossen wurde, ist, dass sich die Erbinformation zweier zufällig ausgewählter Menschen unabhängig von ihrer Herkunft kaum unterscheidet. Das heißt, dass die Abfolge von Basen auf der DNA und damit die Baupläne für Eiweißmoleküle nahezu identisch sind. In Zahlen ausgedrückt sind 99.9 % unserer Nukleobasen identisch. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass zwei unverwandte Menschen sich lediglich in 0.1 % aller Basen unterscheiden und dass es mit Hinblick auf die Suche nach genetisch bedingten Intelligenzunterschieden diese 0.1 % sind, in denen sich relevante Information verbirgt. Doch auch wenn sich dies zunächst überschaubar anhören mag: Aktuell listet die biomedizinische Datenbank dbsnp 60 742 281 bekannte Einzelnukleotidpolymorphismen (Stand: Juni 2014). Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs, sprich „Snipp“, von der englischen Bezeichnung „single nucleotide polymorphism“) bezeichnen Stellen des Genoms, die in verschiedenen Formen (polymorph) vorliegen. SNPs stellen die einfachste und häufigste Form genetischer Unterschiede dar, zeichnen sich für den Großteil der oben erwähnten 0.1 % verantwortlich und sind daher oftmals das Ziel molekulargenetischer Forschung in der Psychologie. Verschiedene Formen eines SNPs unterscheidenAbbildung 1: Darstellung eines Einzelnukleotipolymorphismus (SNP). Zu sehen ist die doppelsträngige DNA in der bekannten Doppelhelixform. Der DNA Abschnitt in der oberen und unteren Abbildung unterscheidet sich in einer Base. (Quelle: A Single Nucleotide Polymorphism is a change of a nucleotide at a single base-pair location on DNA. Created using OpenSCAD v2014.03 and Inkscape v0.48.5 von David Eccles via wikimedia https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dna-SNP.svg. CC (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.en). Keine Veränderungen vorgenommen. sich durch den Austausch genau einer Nukleobase. So könnte es beispielsweise sein, dass bei einer Person an besagter Stelle in der DNA die Base Cytosin vorkommt, während bei einer anderen Person die Base Thymin liegt (siehe Abbildung 1). Ein SNP entsteht ursprünglich durch eine Spontanmutation bei einem Individuum, wird dann aber an Nachkommen weitervererbt, und kann sich nach und nach verbreiten, sofern die genetische Veränderung keinen Nachteil zur Folge hat. Da sich neue genetische Ausprägungen allerdings nur langsam etablieren, können unterschiedliche Menschen auch unterschiedliche Ausprägungen an einem Genort haben. Eine mögliche Ausprägung an einem polymorphen Genort bezeichnet man als Allel. Die allermeisten SNPs beinhalten den Austausch einer Base gegen eine andere Base (z. B. Cytosin gegen Thymin) und weisen daher zwei Allele auf. Die Auftretenshäufigkeit eines Allels entscheidet, ob man von einem geläufigen SNP oder von einer seltenen Variante spricht. Bei geläufigen SNPs stellt das seltenere Allel mindestens 1 % der Allele in der Bevölkerung.

Molekulare Genetik in der Psychologie

Wie können SNPs Einfluss auf psychologische Prozesse und Konstrukte wie Intelligenz nehmen? Wie bereits erwähnt stellt ein Gen den Bauplan für ein Eiweißmolekül. Wird eine Base im genetischen Code verändert, kann es daher dazu führen, dass das resultierende Eiweißmolekül anders zusammen gebaut wird oder dass sich die Anzahl der hergestellten Moleküle verändert. In der überwiegenden Mehrzahl der Fälle kann ein verändertes Eiweißmolekül seine Aufgabe im Körper immer noch wahrnehmen. Nur kann es sein, dass es durch den veränderten Bauplan besser oder schlechter funktioniert. Da es wesentlich mehr SNPs als Gene gibt, liegen auf jedem Gen eine Vielzahl polymorpher Stellen vor, deren Effekte zwar meist alle sehr klein sind, sich allerdings aufaddieren und somit zu einer Vielzahl möglicher Eiweißmoleküle führen können. Veränderungen in den Bauplänen von Eiweißmolekülen, die Aufgaben im Gehirn wie beispielsweise die Regulation von Botenstoffen oder das Wachstum von Nervenfasern haben, können dazu führen, dass Schaltkreise im Gehirn und damit auch die nervöse Informationsverarbeitung verändert werden.Abbildung 2: Verschiedene Betrachtungsebenen auf dem biologischen Pfad von der DNA bis zur Intelligenz. Die dargestellten Schritte sind grob aufgelöst, das heißt, dass wiederum andere Prozesse zwischen ihnen vermitteln, die nicht aufgelistet sind. © Sebastian Markett

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