Die sexuelle Fortpflanzung hat sich seit ihren Anfängen vor etwa einer Milliarde Jahren gegenüber einer einfachen Teilung oder Klonbildung weitgehend durchgesetzt. Erstaunlicherweise gibt es aber einige hoch entwickelte Tierarten, die sich gar nicht, oder nur selten, sexuell fortpflanzen. Claus-Peter Stelzer und Dunja Lamatsch vom Institut für Limnologie in Mondsee suchen nach den Gründen für dieses Phänomen. Amazonenkärpflinge, Rädertiere und Muschelkrebse haben eines gemeinsam: Sie verzichten (weitgehend) auf Sex - und sind keineswegs vom Aussterben bedroht. Sie pflanzen sich durch Jungfernzeugung (Parthenogenese) fort: Jedes Weibchen kann sich, unter Ausschaltung der Reifeteilung, selbst klonen und somit Junge bekommen, die mit der Mutter genetisch ident sind. Zahlenmäßig müssten parthenogenetische Populationen demnach doppelt so erfolgreich sein, wie ihre sexuellen Verwandten, deren Nachkommen jeweils von einem Elternpaar abstammen. Warum aber kommt es (fast) nur im Labor vor, dass die Asexuellen die Sexuellen verdrängen? Paradoxerweise ist die sexuelle Fortpflanzung, trotz geringerer Fortpflanzungseffizienz, die bevorzugte Art das Leben von Generation zu Generation weiterzugeben. Die Schwächen dieser Art der Vermehrung scheinen aber manche Arten mittels gelegentlicher, und manchmal sogar obligater, Jungfernzeugung zu überwinden. Claus-Peter Stelzer und Dunja Lamatsch erforschen am Institut für Limnologie in Mondsee die Bedingungen und Konsequenzen des Wechsels zur Asexualität an Rädertieren, Muschelkrebsen und Amazonenkärpflingen. Rädertiere, Muschelkrebse und Amazonenkärpflinge eignen sich besonders gut als Modellorganismen, weil sie sich phasenweise sexuell beziehungsweise asexuell fortpflanzen, manche Populationen sogar obligat parthenogenetisch. Experimente zur Evolution der Asexualität Claus-Peter Stelzer untersucht in einem aktuellen FWF-Projekt die Evolution der Asexualität bei Rädertieren. Diese winzigen, aber keineswegs primitiven, Tiere eignen sich als Evolutions-Modellsysteme: Sie vermehren sich rasch und können in Populationen zu Tausenden im Labor kultiviert werden. Claus-Peter Stelzer analysiert unterschiedliche Populationen mit Hilfe eines im Institut entwickelten Systems zur Probenentnahme und Bildverarbeitung. Alle sechs Stunden werden automatisch Proben aus den einzelnen Populationen in eine Beobachtungskammer gesaugt, mit einer Digitalkamera fotografiert und im Computer ausgewertet. Hier können die Anzahl der Weibchen und Männchen, sowie die Populationsdichte in einzelnen Kulturen genau dokumentiert werden. "Aus der Analyse der Daten mehrerer Wochen schließen wir auf die Populationsdynamik verschiedener Rädertierstämme. Erste Ergebnisse zeigen beispielsweise, dass Rädertierstämme mit obligat asexueller Fortpflanzung in viel dichteren Populationen leben können, als solche mit sexueller Reproduktion. Bei fakultativ asexuellen Stämmen derselben Rädertierart hingegen, löst eine hohe Populationsdichte das Umschalten auf sexuelle Vermehrung aus", erklärt Claus-Peter Stelzer das komplexe Wechselspiel zwischen Umwelt und einzelnen Individuen. Bei Muschelkrebsen findet man sowohl obligat parthenogenetische Weibchen als auch sexuelle Weibchen, bei der untersuchten Art unter Umständen sogar im gleichen Gewässer ("mixed reproduction"). Befruchtet ein Männchen aus Versehen ein asexuelles Weibchen, kann es zu Hybridisierungen kommen, die eine Erhöhung der Chromosomenzahlen zur Folge hat. So entstehen triploide Individuen. Da sexuelle Weibchen (und Männchen) ausschließlich im Mittelmeerraum vorkommen, während asexuelle Weibchen auch in Nordeuropa anzutreffen sind, spricht man von "geographischer Parthenogenese". Amazonenkärpflinge, von denen es nur weibliche Exemplare gibt, haben die Fähigkeit zur sexuellen Vermehrung gänzlich verloren. Erstaunlich ist, dass Amazonenkärpflinge bereits seit mehreren Hunderttausend Jahren Jungfernzeugung praktizieren, allerdings noch auf Spermien nah verwandter Arten angewiesen sind. Diese liefern allerdings keinen genetischen Beitrag zum Nachwuchs, sondern regen nur die Entwicklung der Embryonen an. Aufgrund der fehlenden Durchmischung des Genoms und der dadurch entstehenden Häufung schädlicher Mutationen müssten jene Fische aber längst ausgestorben sein, haben Dunja Lamatsch und Kollegen aus Edinburgh und Würzburg anhand von Computermodellen kürzlich errechnet. "Um dieses Geheimnis zu lüften, müssen wir genauere Computermodelle der Amazonenkärpfling-Evolution durchrechnen. Nach wie vor ist offen, ob jene artfremden Spermien, die zur Anregung der Jungfernzeugung gebraucht werden, einen gewissen Beitrag zur Erhaltung der genetischen Information leisten. Möglicherweise aber gibt es auch molekulargenetische Überlebenstricks, die die Stabilität des Genoms sichern", erläutert Dunja Lamatsch. Auch hier könnten Hybridisierungen und eine damit einhergehende Vervielfachung des Chromosomensatzes eine Strategie zur Erhaltung der Genomstabilität sein. Film Rädertiere Film Muschelkrebse (© Dave Horne) Kleiner Fisch ohne Sex gewinnt den Kampf ums Überleben Publikationen: Stelzer, C. P. (2008) Obligate asex in a rotifer and the role of sexual signals. Journal of Evolutionary Biology 21 (1): 287-293.Weitere Publikationen von Claus-Peter Stelzer finden Sie hier. Lamatsch D. K., Fischer P., Geiger M., Lampert K. P., Schlupp I., Schartl M.: Diploids Amazon mollies ( P. formosa ) show a higher fitness than triploids in clonal competition experiments, Evolutionary Ecology, in press, doi:10.1007/s10682-008-9264-2. Lamatsch D. K., Lampert K. P., Fischer P., Schartl M. (2008): A tetraploid Amazon molly, Poecilia formosa . Journal of Heredity 99:223-226, doi:10.1093/jhered/esm102. Weitere Publikationen von Dunja Lamatsch finden Sie hier. Kontakt: Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Limnologie 5310 Mondsee, Mondseestraße 9 www.oeaw.ac.at/limno Dr. Dunja Lamatsch T +43 6232 3125-27 dunja.lamatsch@oeaw.ac.at Dr. Claus-Peter Stelzer T +43 6232 3125-25 claus-peter.stelzer@oeaw.ac.at August 2008
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