Fachbeitrag

Sexuelle oder asexuelle Fortpflanzung?

Genetische Vielfalt bei Lebewesen wird durch Fortpflanzungsart bestimmt
Dass zwei Allele des Rädertierchens (Adineta ricciae), die für dessen Austrocknungstoleranz kodieren, sich um exakt 13,5 % in ihren DNA-Sequenzen unterschieden, erstaunte die Evolutionsbiologen aus Cambridge, Angers und Potsdam (Foto: MPG).

Richard E. Schneider*)

  1. Freier Wissenschaftsjournalist Brunnenstraße 16, 72074 Tübingen, Tel. 07071/253015.
Asexuelle Vermehrung versus sexuelle Fortpflanzung. Was ist besser? Bisher vermutete man, dass eine größere genetische Varianz, die durch zweigeschlechtliche Fortpflanzung der Nachkommenschaft vermittelt wird, die Lebewesen besser schützt vor den Wechselfällen des Lebens. Doch das in Wasserpfützen lebende und sich asexuell fortpflanzende Rädertierchen zeigt nach einer neuen, kürzlich veröffentlichten Studie eine bedeutend größere genetische Ausstattungsvariabilität als bisher angenommen.

Wie die bekannten, größeren Wasserflöhe leben auch die mit bloßem Auge kaum sichtbaren, nur 0,1 bis 3 mm großen Rädertierchen (Adineta ricciae) in Wasserpfützen, Tümpeln und anderen kleineren stehenden Gewässern. Gemäß ihrer asexuellen Fortpflanzungsart sind die Nachkommen genetische Klone ihrer Mutter. Dennoch zeigten sie hinsichtlich ihrer Überlebensfähigkeit eine überraschend große Genvariabilität, die sie auch lange Austrocknungsperioden überstehen lässt, berichteten Wissenschaftler aus Cambridge (England), Angers (Frankreich) und vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam (science, 12.10.2007), die das Genom des Rädertierchens untersuchten.

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Alles Leben kommt aus dem Wasser, postulierte der griechische Philosoph Thales von Milet (ca. 624 bis 546 v.Chr.). Zwischen Wasser und trockenem Land leben – ohne deswegen Amphibien zu sein – auch die sich seit Millionen Jahren nur asexuell fortpflanzenden Rädertierchen. Ihre gewohnte Umgebung, der Wassertümpel oder die Pfütze, kann allerdings periodisch austrocknen, z.B. in heißen Sommern oder infolge Ausbleibens von Niederschlägen. Doch selbst längere Trockenperioden überleben die Rädertierchen unbeschadet dank ihrer genetischen Ausstattung, die ihnen eine beachtliche Austrocknungstoleranz bzw. -resistenz verschafft. Füllt sich nach längerer Trockenzeit die Regenpfütze wieder mit Wasser, kehrt auch das Leben zurück, sagt Dr. Dirk Hincha, der bereits mehrfach beobachtete, wie die im trockenen Schlamm sitzenden Rädertierchen wieder im Wasser zu schwimmen begannen. Ihre Eier legen sie übrigens ohne Befruchtung ab.

Gene für Resistenz gegen Austrocknung

Doch woher stammt ihre große, von den Genen verliehene Trockenheitsresistenz? Auf der Suche nach einer Antwort überprüften die Wissenschaftler den sogenannten Meselson-Effekt, der besagt, dass bei asexueller Vermehrung Allele (Genom- bzw. DNA-Varianten am Genstrang) sich unabhängig voneinander entwickeln, weil ihre Sequenzen nicht bei der Meiose (Neubildung von Erbgut bei der Zellteilung) kontrolliert werden. Bei der vergleichenden Untersuchung eines Allelpaares, dessen DNA-Sequenzen in direktem Bezug zur Austrockungstoleranz des Rädertierchens stehen, stellte das Team fest, dass ein Gen, Ar-lea-1a genannt, ein Protein produziert, das das Verklumpen anderer Proteine in der Zelle und somit deren Funktionsverlust beim Austrocknen verhindert. Ein weiteres Gen auf dem zweiten Allel, Ar-lea-1b genannt, produziert überdies ein Protein, das sich an die Zellmembran des Vielzellers bindet und diese bei zunehmender Trockenheit vor dem Reißen schützt. Die Genetiker stellten weiter fest, dass die beiden Allele eine DNA-Variabilität von 13,5 % aufweisen. „Ein solch großer Sequenzunterschied innerhalb zweier Allele wird bei sexuell sich fortpflanzenden Organismen nicht erreicht“, betont der Potsdamer Max-Planck-Forscher Dirk Hincha die Essenz der Forschungsarbeiten.

Wegen dieser großen Genvariabilität, sagen Evolutionsbiologen, könne das Rädertierchen seit Millionen Jahren auf Sex und damit verbundene größere Genvarianz bei der Nachkommenschaft verzichten. Generell ging man bisher davon aus, dass nur durch sexuelle Fortpflanzung eine größere genetische Variabilität möglich ist, weil väterliches und mütterliches Erbgut bei der Meiose rekombiniert und homologe Gene wieder voneinander getrennt werden. Diese Gen-Variabilität ist zwar, aufs gesamte Genom gesehen, größer als die DNA-Varianz der Allellen bei der asexuellen Fortpflanzung. Trotzdem ist in der Natur die asexuell entstehende Nachkommenschaft, numerisch gesehen, weitaus häufiger anzutreffen als Nachkommen aus zweigeschlechtlicher Vermehrung.

Durch asexuelle Fortpflanzung konnte das Rädertierchen in Millionen Jahren mehrere hundert Arten ausbilden. Darunter sind auch solche, die sich sexuell fortpflanzen. Seine Wohnnachbarn in der Wasserpfütze, die größeren Wasserflöhe, können sich schon immer, je nach Umweltbedingungen, sexuell oder asexuell vermehren.

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