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Asexuelle verdrängen die Sexuellen

(c) Stelzer
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Das Limnologie-Institut in Mondsee untersucht, wie die Umstellung auf asexuelle Vermehrung passiert.

Man nennt es das Paradoxon der sexuellen Reproduktion“, sagt Claus-Peter Stelzer vom ÖAW-Institut für Limnologie in Mondsee, wenn man fragt, warum sich die meisten vielzelligen Organismen sexuell vermehren, obwohl damit hohe Kosten verbunden sind. Bei der Frage, was Sex kostet, haben Biologen keine schlüpfrigen Gedanken, sondern zählen auf, welcher Energieaufwand mit sexueller Fortpflanzung verbunden ist. Erstens: die Produktion von Männchen. Würde das Muttertier nur in Weibchen investieren, die wiederum über „Jungfernzeugung“ (Parthenogenese) lauter Weibchen hervorbringen, würde sich die Nachkommenzahl Generation für Generation verdoppeln. Warum also Männchen produzieren, die bei den meisten Tierarten nicht einmal bei der Aufzucht der Jungen mithelfen? Weitere Beispiele für Kosten von sexueller Fortpflanzung sind die Produktion der Keimzellen und die Zeit und Energie, die in Suche und Wahl des Sexualpartners investiert werden.

Trotzdem lassen es die meisten Tierarten nicht bleiben: Bei den Wirbeltieren pflanzen sich nur 0,1 Prozent asexuell fort. Evolutionsbiologen suchen die Erklärung für das Paradoxon in der Erneuerung des Genmaterials bei der sexuellen Vermehrung. Die Gene werden bei der Entstehung von Ei- und Samenzelle (Meiose) und bei deren Vereinigung zweimal gemischt. So erhöht sich die Variation, ein wichtiger Vorteil, um auf wechselnde Umweltbedingungen und Krankheitserreger zu reagieren. Zudem können durch Rekombination des Erbmaterials schädliche Gene durch „gutes“ Material des anderen Elternteils ersetzt werden.

Um das Paradoxon zu lösen, sind Experimente zur Evolution des Sexualverhaltens notwendig. Doch diese scheitern bei vielen Tierarten daran, dass zur Beobachtung zahlreicher Generationen ein Forscherleben nicht ausreicht. „Daher sind die Rädertierchen ein toller Modellorganismus: Ihre Generationszeit dauert nur zwei Tage“, sagt Stelzer. Die Rädertiere sind kleiner als manche Einzeller (nur 0,2 bis 0,3 Millimeter) und doch echte vielzellige Lebewesen mit spezialisiertem Organsystem, die im Süßwasser häufig vorkommen. Fast in jedem Gartenteich kann man sie finden, dort dienen sie im Wasser lebenden Insekten und Fischlarven als Futter. „Zur Klärung des Paradoxons der sexuellen Reproduktion eignen sich Tiere, die regelmäßig asexuelle Nachkommen bilden. Die hier verwendeten Brachionus calyciflorus können innerhalb weniger Wochen zu rein asexueller Reproduktion übergehen“, so Stelzer. Außerdem kann man Rädertiere leicht zu Tausenden im Labor halten, evolutive Veränderungen der Populationen sind also gut nachvollziehbar. „Im Normalfall haben die Tiere eine Misch-Reproduktion und können sich asexuell und sexuell fortpflanzen. Erst in hoher Populationsdichte setzt sich die sexuelle Fortpflanzung durch.“ Das funktioniert über einen chemischen Botenstoff, der die Tiere in der Umgebung dazu anregt, sexuelle Nachkommen zu produzieren. „Je dichter die Population, umso leichter haben es auch die Männchen ein Weibchen zu finden“, erklärt Stelzer.


Zwergenhaft kleine Männchen

Die Produktion asexueller Nachkommen läuft bei den Rädertierchen so, dass die Muttertiere ohne Meiose diploide Eizellen bilden (mit doppeltem Chromosomensatz), aus denen genetische Klone ihrer selbst wachsen. Erst durch den chemischen Botenstoff läuft die Meiose bei der Bildung der Keimzellen ab. Dadurch entstehen haploide Eizellen, und wenn diese nicht befruchtet werden, wächst daraus ein haploides Männchen. Das gleiche System kennt man von Bienen und anderen Insekten, die ihre Männchen über Parthenogenese produzieren. Bei den Rädertierchen sind die Männchen zwergenhaft klein, noch kurzlebiger als die Weibchen und bestehen fast nur aus Geschlechtsorganen. Wird die haploide Eizelle aber von einem Männchen befruchtet, wächst daraus ein diploides Ei, das als dickwandiges Dauerstadium monatelang überdauern kann.

„Im Labor passiert es immer wieder, dass die Rädertierchen nicht mehr auf den chemischen Botenstoff reagieren und sich nur asexuell vermehren. In kurzer Zeit sind alle Nachkommen Weibchen“, berichtet Stelzer. Was im Freiland noch nicht beobachtet wurde, zeigen die Labor-Ergebnisse der Forschergruppe aus Mondsee: Die schnell wachsenden asexuellen Tiere verdrängen die sexuellen. Das Paradoxon der sexuellen Reproduktion bestätigt sich also. Nun lässt sich erforschen, welche Faktoren dafür verantwortlich sind, dass in der Natur die Asexuellen nicht überhand nehmen: Akkumulieren die Asexuellen schädliche Mutationen in ihrem Genmaterial? Ist die Komplexität des Freilandhabitats ausschlaggebend für sexuelle Generationen? Welche genetischen Mechanismen verursachen das Umschalten zwischen den Vermehrungsarten? Das soll in Stelzers eben angelaufenen FWF-Projekt erforscht werden.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 20.02.2008)