No sex, no problem

Man könnte annehmen, dass asexuelle Fortpflanzung in eine evolutionäre Sackgasse führt, indem sich schädliche Mutationen anhäufen und schließlich zum Aussterben der Art führen. Neuere Studien zeigen jedoch, dass dies nicht der Fall ist, und der Drohn ist ein gut untersuchtes Beispiel dafür. Der besondere Fall der Fortpflanzung von Varroa destructor ist aufschlussreich: Diese Milben weisen weniger schädliche Mutationen auf als andere sexuell reproduzierende Insekten …

Beispiele für asexuelle Fortpflanzung bei einigen Tieren: der Hammerhai, der Leopardenhai, der Sägefisch, die Seeanemone, der Komodowaran, der Gecko, die Blattlaus, die Schildlaus …

Während die große Mehrheit der Arten zur Fortpflanzung eine Form von Sexualität nutzt, haben sich mehrere Organismen zu einer Fortpflanzung ohne Sex entwickelt. Aus welchen Gründen und mit welchen Konsequenzen? Biologinnen und Biologen aus der Forschungsgruppe von Tanja Schwander, Assistenzprofessorin am Departement für Ökologie und Evolution (DEE) der UNIL, geben in den wissenschaftlichen Zeitschriften «Evolution Letters» und «Nature Communications» unterschiedliche Einblicke in diese Fragestellung.

Sexuelle Fortpflanzung verbindet Meiose – den Prozess der Zellteilung, der zur Bildung von Geschlechtszellen führt – und Befruchtung. Das Ergebnis ist ein neues Individuum, das 50% der Gene von jedem seiner beiden Elternteile besitzt. Mehrere Organismen haben sich jedoch zu einer Fortpflanzung ohne Sex entwickelt. Die vegetative Vermehrung beispielsweise kommt weder mit Meiose noch mit Befruchtung aus. Die Nachkommen sind Klone ihrer Eltern. Die Parthenogenese ist ein weiterer Modus der asexuellen Fortpflanzung, bei dem es mitunter eine Meiose gibt, jedoch keine Befruchtung. Das neue Individuum erbt dann ausschließlich die Gene seiner Mutter und hat keinen Vater.

Weniger kostspielig, einfacher und schneller

Obwohl seltener, erscheint die asexuelle Fortpflanzung einfacher, schneller und weniger kostspielig als die sexuelle Fortpflanzung. Tatsächlich erfordert die sexuelle Fortpflanzung die Beteiligung zweier Individuen (eines Männchens und eines Weibchens), um etwas zu leisten, was das Weibchen sehr wohl allein tun könnte. Die Produktion von Männchen kann daher als Ressourcenverschwendung betrachtet werden, insbesondere bei Arten, bei denen sich ausschließlich die Weibchen um den Nachwuchs kümmern. Mit asexueller Fortpflanzung entfällt zudem der Zeit- und Energieaufwand für die Partnersuche, und die Risiken der Krankheitsübertragung sind geringer.

Warum also nicht klonen wie Seeanemonen oder Parthenogenese betreiben wie Gespenstschrecken? «Die Gründe für den Erhalt des Sexes oder für eine Evolution hin zu asexueller Fortpflanzung sind bis heute noch unzureichend bekannt. Sex könnte einen Vorteil bieten, da er mehr genetische Vielfalt erzeugen kann als asexuelle Fortpflanzung. Genetische Vielfalt ist wichtig, wenn es darum geht, sich an eine neue Umwelt anzupassen oder mit Räubern oder Parasiten umzugehen, die sich an ihre Wirte anpassen», kommentiert Tanja Schwander, Assistenzprofessorin am Departement für Ökologie und Evolution der Fakultät für Biologie und Medizin der UNIL. Doch reichen diese potenziellen Vorteile aus, um die beträchtlichen und unvermeidlichen Kosten der sexuellen Fortpflanzung zu kompensieren?

Zwei innerhalb der Forschungsgruppe für die Evolution reproduktiver und genetischer Systeme von Tanja Schwander durchgeführte Artikel analysieren jeweils die Evolution und die Konsequenzen der asexuellen Fortpflanzung bei Tieren. Veröffentlicht in den wissenschaftlichen Zeitschriften Evolution Letters und Nature Communications, verwenden sie Arten als Modelle, bei denen keine Männchen bekannt sind, sondern ausschließlich Weibchen.

Eine bevorzugte Fortpflanzungsform bei Arten mit großen Populationen

Der erste in Evolution Letters erschienene Artikel behandelt die Evolution und den Erhalt der Asexualität bei Hymenopteren (Wespen, Bienen und Ameisen) sowie bei Thripsen (kleine, häufig pflanzenparasitische Insekten). Unter der Leitung von Tanja Schwander haben Casper van der Kooi, Doktorand in der Gruppe, und Cyril Matthey-Doret, Masterstudent, eine Datenbank mit mehr als 700 asexuellen Arten erstellt und analysiert. «Diese Arbeiten haben gezeigt, dass dieser Fortpflanzungsmodus bei bestimmten Wespen sehr häufig ist; in einigen Gattungen vermehren sich bis zu ein Drittel der Arten ausschließlich asexuell», stellt Casper van der Kooi, Erstautor der Studie, fest.

Mehrere ökologische Merkmale begünstigen die Evolution und Persistenz asexueller Arten, insbesondere sehr weite geografische Verbreitungen und ökologische Nischen. «Asexualität könnte daher als langfristige Fortpflanzungsstrategie in Arten mit sehr großen Populationsgrößen aufrechterhalten werden, was indirekt darauf hindeutet, dass die Vorteile des Sexes vor allem in Populationen mit relativ wenigen Individuen zum Tragen kommen», analysiert Tanja Schwander.

Weniger schädliche Mutationen bei asexuellen Arten

Asexuelle Fortpflanzung wird häufig als evolutionäre Sackgasse betrachtet. Denn dieser Fortpflanzungsmodus soll über Generationen hinweg zu einer Anhäufung schädlicher Mutationen führen, das heißt einen Nachteil für die sie tragenden Organismen erzeugen und zwangsläufig zum Aussterben der Art führen.

Ein zweiter, in Nature Communications veröffentlichter Artikel, geleitet von Dr. sc. Jens Bast, Erstassistent in der Gruppe von Tanja Schwander, und durchgeführt vom Doktoranden Alexander Brandt aus der Gruppe von Professor Stefan Scheu an der Universität Göttingen (Deutschland), zeigt, dass dies nicht zwingend der Fall ist. Durch die Untersuchung von Arten der Oribatidenmilben, kleinen Tieren mit offenbar strikt asexuellem Fortpflanzungsmodus, konnte das Konsortium nachweisen, dass diese Tiere weniger schädliche Mutationen aufweisen als ihre sexuell reproduzierenden Verwandten.

«Diese beiden Artikel sind wichtig, weil sie uns helfen, eine der großen ungelösten Fragen der Biologie besser zu verstehen: Warum ist sexuelle Fortpflanzung so häufig?», schließt Tanja Schwander.

Quelle: Uni Lausanne

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