Evolutionsbiologie

Mehrere Geschlechtspartner halten egoistische Gene in Schach

Schädliche Gene werden nicht immer im Laufe der Evolution eliminiert. Um krankhafte Gene auszutricksen, ändern Individuen deshalb ihr Verhalten. Das haben Evolutionsbiologen der Universität Zürich anhand von Untersuchungen an Mäusepopulationen herausgefunden. 

Marita Fuchs3 Kommentare

Biologische Organismen faszinieren uns seit jeher als harmonische, perfekt abgestimmte Einheiten. Dies ist nicht überraschend: Darwins Evolutionstheorie sagt vorher, dass nur Gene, die zum Überleben und zur Fortpflanzung des Individuums beitragen, in Populationen erhalten bleiben. Dieses Prinzip der natürlichen Auslese trifft jedoch nicht immer zu: Wissenschaftler haben in den letzten Jahren zahllose sogenannte «egoistische genetische Elemente» entdeckt, die für den Organismus alles andere als vorteilhaft sind.

Mäusepopulation: Eine Form des Chromosoms 17, der «t-Haplotyp», kann tödlich sein. (Bild: Nicolas Perony)

In den meisten Fällen schaden diese so genannten «genetischen Parasiten» dem Individuum. Durch Aushebeln der Erbregeln zu ihren Gunsten können sie sich zum Nachteil aller anderen Gene im Organismus ausbreiten. Das Resultat sind genetische Konflikte innerhalb des Individuums. Ein Beispiel dafür ist eine Form des Chromosoms 17, des sogenannten «t-Haplotyps», der in vielen Hausmauspopulationen vorkommt und für die Maus tödlich sein kann.

Natürliche Auslese auf den Kopf gestellt

Der t-Haplotyp zeigt fatale Folgen für seinen Träger: Jede Maus, die zwei Kopien dieses genetischen Elements besitzt, stirbt noch im Mutterleib. «T-Haplotyp kommt weltweit vor und konnte durch natürliche Auslese bisher nicht ausgerottet werden. Etwa 5 bis 15 Prozent der Mäuse tragen den t-Haplotyp», sagt der Biologe Andri Manser, der seine Masterarbeit über die Auswirkungen des t-Haplotyps am Lehrstuhl von Verhaltensbiologin Barbara König geschrieben hat. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift «Evolution» publiziert.

Anstelle des üblichen 1:1 Verhältnisses vererben Männchen den t-Haplotyp an über 90 Prozent ihrer Nachkommen. Wegen dieses bemerkenswerten Effekts würde man erwarten, dass sich der t-Haplotyp trotz seiner tödlichen Folgen unverzüglich in Mauspopulationen ausbreitet. Erstaunlicherweise zeigen Messungen von wilden Populationen aber das Gegenteil: t-Haplotypen sind zwar omnipräsent, aber viel seltener als erwartet.

Warum das so ist, hat Manser mit genetischen Analysen an 2190 Mäusen und Verhaltensbeobachtungen in Modellsimulationen untersucht. Ideale Bedingungen dazu fand er in Illnau, wo die Universität Zürich schon seit sieben Jahren ein Beobachtungszentrum mit frei lebenden Hausmäusen eingerichtet hat. Die Mäuse in Illnau leben unter natürlichen Bedingungen und lassen sich gut beobachten (siehe Video). «Langzeitbeobachtungen in Illnau belegen einen drastischen Rückgang an t-Hayplotypen über einen Zeitraum von fünf Jahren», sagt Manser.

Andri Manser: «Unsere Studie zeigt, dass schädliche Gene das Verhalten der Tiere beeinflusst».

Polyandrie hält das tödliche Gen in Schach

Manser hat nachgewiesen, warum der tödliche t-Haplotyp trotz anfänglicher Verbreitung in der Mäusepopulation zurückgegangen ist. «Die Weibchen können die schwerwiegenden Folgen des genetischen Parasiten für ihren Nachwuchs vermeiden, indem sie sich mit mehreren Männchen paaren», sagt Manser. So haben im Schnitt 35 Prozent der Würfe verschiedene Väter, es sind mehrheitlich zwei. Durch diese Polyandrie schneiden die den t-Haplotyp tragenden Männchen bei der Spermienkonkurrenz besonders schlecht ab.

Verhalten passt sich genetischen Bedingungen an

«Unsere Studie ist ein Beispiel dafür, wie die Anwesenheit schädlicher Gene die Evolution des weiblichen Paarungsverhaltens beeinflusst», sagt Manser. Das nicht immer zum Vorteil für das Individuum, denn für die Mäuseweibchen ist die Paarung mit mehreren Geschlechtspartnern wohl mit Risiken verbunden: Nicht zuletzt riskieren sie eine Auseinandersetzung mit dem dominanten Männchen. Durch das Paaren mit mehreren Männchen lässt sich jedoch die Ausbreitung des t-Haplotyps vermeiden, und der eigene Nachwuchs vor den schädlichen Folgen des t-Haplotyps schützen.

Literatur zum Thema Gene im Konflikt: Die renommierten Biologen Austin Burt und Robert Trivers zeigten in ihrem Buch  «Genes in Conflict», aus dem Jahr 2006, dass es sich dabei keineswegs um seltene Einzelfälle handelt: Die parasitären Gene wurden in einer Vielzahl von Arten gefunden und scheinen ein universelles Phänomen darzustellen.

Marita Fuchs ist Redaktorin von UZH News.

3 Leserkommentare

Andri Manser schrieb am Artikel zur Genetik Falls Sie sich für eine detailliertere Beschreibung dieses Effektes interessieren, finden Sie hier ein Link zu einem Artikel einer deutschen Forschungsgruppe, die sich intensiv mit den molekularen Mechanismen beschäftigt: http://www.genomik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/87010000/GenomXPress/GenomXpress_2005-04.pdf, Seiten 10-12: "Spermien - Ein Wettlauf der Gene".
Andri Manser schrieb am Der molekulare Mechanismus Sehr geehrte Frau Funk Neumeyer. Es ist in der Tat eine sehr relevante Frage, wie sich die t Haplotyp-tragenden Spermien einen solch überwältigenden Vorteil verschaffen können. Da es sich beim t Haplotypen um einen der bestuntersuchten "genetischen Parasiten" handelt (1927 zum ersten Mal beschrieben), sind die molekularen Details dieses faszinierenden Mechanismus relativ gut verstanden. Es zeigt sich, dass die Wildtyp-Spermien - also die Spermien, die den t Haplotypen nicht tragen - stark in ihrer Schwimmfähigkeit beeinträchtigt sind. Dies ist die Folge eines Gift-Gegengift-Mechanismus (gesteuert vom t Haplotypen) während der Entwicklung der Spermien (Spermiogenese): Ein global wirkendes Gift schädigt die Schwimmfunktion aller Spermien. In späteren Entwicklungsstadien wird dieser schädigende Effekt durch ein lokal wirkendes Gegengift neutralisiert, allerdings nur in jenen Zellen, die den t Haplotypen tragen.
Martina Funk Neumeyer schrieb am Frage zu Genetik Interessant: Wie kann das Männchen zu 90% den t-Haplotyp vererben? Muss an den Eigenschaften der Spermien liegen. Sind Spermien mit dem t-Haplotyp so viel schneller als die anderen? Ansonsten: Konflikte sind überall, so ist z.B auch Sexualität an und für sich riskanter als Klonieren. Trotzdem geht ein grosser Prozentsatz aller Organismen dieses Risiko zugunsten einer Variabilität der Nachkommen ein.

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