Tiere: Geheimnisvolle Fischarten, deren gesamte Population weiblich ist
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In den Flüssen Mexikos und Südtexas gibt es eine Fischart, die eigentlich ausgestorben wäre, da die gesamte Population weiblich war.
Dieser Fisch kam tatsächlich mit einem männlichen Fisch einer nahe verwandten Art in Kontakt.
Doch aus einer Evolutionsgeschichte heraus spielen die Gene der männlichen Fische keine Rolle.
Dieses Phänomen nennt man GinogeneseDabei nutzt das Weibchen nur die Spermien des Männchens, um die Eizellenentwicklung auszulösen, verwirft aber sofort die DNA.
Diese Art bringt nur weibliche Fische hervor, von denen jedes ein Klon seines Elternteils ist.
Der Name dieser Art ist Amazon Molly – abgeleitet von einem Stamm weiblicher Krieger in der griechischen Mythologie.
Seit fast einem Jahrhundert rätseln Wissenschaftler über die Existenz dieser Art.
Die Evolutionstheorie besagt, dass asexuelle Arten schnell aussterben sollten. Denn ohne Sex häufen sich mit der Zeit schädliche Mutationen im Genom an.
Diese weibliche Art hat jedoch etwa 100.000 Jahre überlebt.
Wie also überlebte der Amazonas-Molly, wenn die Theorie besagt, dass er längst ausgestorben sein sollte?
Warum ist Sex wichtig?
Sex ist teuer, sagt Edward Ricemeyer, Computerbiologe an der Ludwig-Maximilians-Universität München in Deutschland und Mitautor einer neuen Studie über eine Amazonas-Molly-Art.
In sexuellen Beziehungen muss jeder Einzelne einen Partner suchen und um ihn konkurrieren. Jeder Elternteil steuert nur die Hälfte seiner DNA bei.
Die Fortpflanzung ist oft ungleich, da die Weibchen bei vielen Arten viel mehr Energie in die Produktion, die Geburt oder das Brüten sowie die Aufzucht des Nachwuchses investieren als die Männchen.
Im Gegensatz dazu klingt die asexuelle Fortpflanzung viel profitabler. Es besteht keine Notwendigkeit, einen Partner zu finden (und ihm gegenüberzutreten), und jedes Individuum kann 100 % der Gene weitergeben.
Aber in der gesamten Lebenspyramide dominiert der Sex.
„Wenn man das Gesamtbild betrachtet, ist es zu 99,9 % Sex“, sagte Dave Speijer, Evolutionsbiologe an der Universität Amsterdam in den Niederlanden.
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Bei der sexuellen Fortpflanzung wird die DNA zweier Elternteile durch einen Prozess namens Rekombination neu gemischt. Dieser Prozess verleiht jedem Nachkommen eine einzigartige Kombination von Genen.
Dies bedeutet, dass es innerhalb der geschlechtlichen Arten eine größere genetische Variation gibt, da jedes Individuum über eine andere Mischung von Genen verfügt, was im Allgemeinen für das Überleben der Art von Vorteil ist.
Sex bietet auch Schutz.
Ohne diese genetische Randomisierung ist das Genom einer sogenannten langsamen Bedrohung ausgesetzt Ratsche Müller.
Beim Kopieren von DNA, erklärt Speijer, „gibt es immer Fehler.“
Bei sexuellen Arten können diese Fehler aus dem Genpool beseitigt werden. Bei klonalen Arten, die sich ungeschlechtlich vermehren, wird der Fehler jedoch immer wieder vererbt.
Es wird angenommen, dass sich diese schädlichen Mutationen mit der Zeit anhäufen und das Genom schädigen, bis die Art ausstirbt.
Gedeihen ohne Sex
Nach dieser Theorie sollten asexuelle Arten nur von kurzer Dauer sein, da sie dazu bestimmt sind, genetische Schäden zu erleiden.
Aber einige Arten, wie zum Beispiel der Amazonasmolly, überleben nicht nur, sondern gedeihen auch.
Speijer vermutet, dass ein Teil der Verwirrung auf die Art und Weise zurückzuführen sein könnte, wie die Theorie interpretiert wurde.
Seiner Meinung nach sollten genetische „Fehler“, die durch sexuelle Fortpflanzung vererbt werden, besser als Einschränkungen allen Lebens verstanden werden.
Jedes System muss eine Möglichkeit haben, mit genetischen „Fehlern“ umzugehen, und Sex ist nur eine dieser Strategien.
Aus dieser Perspektive betrachtet widersetzen sich langlebige asexuelle Arten nicht unbedingt den Regeln der Evolution, sondern finden alternative Wege, diese zu überwinden.
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Im gesamten Tierreich gibt es einige asexuelle Lebewesen, die länger zu überleben scheinen, als die Theorie vorhersagt, von im Busch lebenden Stabheuschrecken bis hin zu klecksförmigen „Mikrotieren“.
Amazonasmollys gehören zu einer Gruppe weiblicher Arten, die Generation für Generation ohne Männchen leben.
Wie diese langlebigen asexuellen Kreaturen offenbar dem von Müllers Ratsche vorhergesagten Schicksal entgingen, wird immer noch diskutiert.
„Kopieren-Einfügen“-System
Ricemeyer sagte, die neue Studie erkläre ein Puzzleteil, das zuvor fehlte.
„Und dieser Teil ist die Genumwandlung.“
Genumwandlung ist eine Form der genetischen Verbesserung und nicht etwas, das nur beim Amazonas-Molly vorkommt. Dies kommt bei vielen Organismen vor, auch beim Menschen.
Bei sexuellen Arten wie der unseren trägt jedes Individuum normalerweise zwei Kopien der meisten Gene – eine von der Mutter und eine vom Vater.
Wenn die DNA beispielsweise durch UV-Strahlung beschädigt wird, können Zellen manchmal eine Kopie eines Gens als Ersatz verwenden Vorlage um andere zu reparieren.
Dieser Prozess, der als Genumwandlung bezeichnet wird, kann letztendlich dazu führen, dass zwei Kopien eines Gens einander ähnlicher werden.
Bei Menschen und den meisten Tieren funktioniert dieser Mechanismus meist als Hintergrundprozess, der DNA-Schäden stillschweigend repariert, wenn sie auftreten.
Doch beim Amazonas-Molly scheint dieser Prozess eine viel zentralere Rolle bei der Erhaltung seines Genoms zu spielen.
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Ricemeyer und sein Team verwendeten die Sequenzierung des gesamten Genoms, um die DNA von Amazon Molly zwischen Generationen zu vergleichen.
Sie beobachteten, dass Teile der Molly-DNA offenbar wiederholt „überschrieben“ wurden, und zwar nicht durch genetische Randomisierung des Geschlechts, sondern durch Genumwandlungen, die bei Mollys häufiger vorkommen als bei den meisten anderen Tieren.
Hier scheint es, dass die Genumwandlung etwas Ähnliches für das Molly-Genom bewirkt wie Sex für uns: Sie trägt dazu bei, die Entstehung schädlicher Mutationen zu begrenzen.
Wie die meisten asexuellen Tiere entstand der Amazonas-Molly durch ein einziges Zufallsereignis.
Untersuchungen zeigen, dass dieses Ereignis vor etwa 100.000 Jahren stattfand, als sich ein weiblicher Atlantischer Molly mit einem männlichen Segelflossenmolly paarte.
Im Gegensatz zu den meisten Hybriden wie Maultieren oder Ligern bringt dieses Paar keine sterilen Nachkommen hervor.
Stattdessen entsteht eine Blutlinie, die sich ohne Geschlechtsverkehr vermehren kann.
Infolgedessen trägt jeder Amazonas-Molly genetisches Material von zwei Vorfahrenarten – was der Art von Anfang an eine hohe genetische Variation verleiht, ein biologischer Vorteil gegenüber Müllers Ratsche.
Diese doppelte Vererbung ist wahrscheinlich der Schlüssel zur Fähigkeit des Mollys, eine umfassende Genumwandlung durchzuführen.
Da die Elternarten recht eng miteinander verwandt sind, sind ihre Gene ähnlich genug, um die gleiche Funktion zu erfüllen, aber unterschiedlich genug, um eine Vielzahl von Vorlagen zur Verwendung zu bieten.
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Ebenso überraschend ist, dass Genumwandlungen in einigen Teilen des Genoms offenbar häufiger vorkommen als in anderen.
„Die Arten von Mutationen, die Sie für die schlimmsten, gefährlichsten und schädlichsten halten, sind in Wirklichkeit die Teile des Genoms, in denen Genumwandlungen am häufigsten auftreten“, sagte Ricemeyer.
Das Ergebnis ist eine Art, die trotz 100.000 Jahren ohne Geschlecht eine hervorragende genetische Gesundheit zu haben scheint.
Implikationen für die Humanbiologie
Das Verständnis dieser alternativen Strategien zum Umgang mit genetischen „Fehlern“ könnte Auswirkungen über die Amazonas-Motte hinaus haben, auch für die menschliche Biologie.
Denn gefährliche Mutationen kommen nicht nur bei asexuellen Arten vor.
„Krebs ist eine Mutationskrankheit“, sagte Ricemeyer.
Obwohl er darauf achtet, die Auswirkungen seiner Ergebnisse nicht zu überbewerten, sagt er, dass alles, was unser Verständnis genetischer Mutationen – und der Strategien der Natur für den Umgang mit ihnen – verbessern kann, auf lange Sicht hilfreich sein wird.
Ob Amazons Molly eine wirklich stabile Alternative entwickelt hat, bleibt offen.
Wissenschaftler wissen immer noch nicht, wie lange die Genumwandlung Müllers Ratsche aufhalten kann.
Aber für einen Fisch, den es laut Evolutionstheorie nicht geben sollte, ist das Bild seiner genetischen Gesundheit überraschend stark.
„Wir dachten, sexuelle Fortpflanzung sei der einzig wahre Weg, die Gesundheit des Genoms zu erhalten … Aber jetzt stellen wir fest, dass es auch andere Wege gibt“, sagte Ricemeyer.
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