Eindeutiger Wettbewerbsvorteil

News: Eindeutiger Wettbewerbsvorteil

Um Nachkommen zu erzeugen, ist Sexualität nicht zwingend notwendig. Jungfräulich vermehren sich nicht nur Einzeller und zahlreiche vielzellige Organismen, sondern sogar einige Wirbeltiere. Doch mit der geschlechtlichen Fortpflanzung sind offenbar unschlagbare Vorteile verbunden, denn die Mehrzahl aller Tier- und Pflanzenarten haben sie sich zu eigen gemacht. Diese Form der Reproduktion verschafft ihrem Nachwuchs einen entscheidenden Vorsprung, denn nützliche Mutationen häufen sich in derartigen Populationen wesentlich schneller an.

Ulrike Knoll

Überlebenswichtig für den Erhalt jeder Art ist es, eine möglichst große Nachkommenschaft hervorzubringen. Im Laufe der Evolution haben sich bei den Organismen zwei Fortpflanzungsstrategien herauskristallisiert, die dieses Ziel verfolgen: Bei der ungeschlechtlichen Vermehrung entstehen durch einfache Zellteilungen jeweils identische Kopien – so genannte Klone – der Eltern. Auf diese Weise sorgen neben Einzellern und vielen Pflanzen auch Vertreter aus dem Tierreich – beispielsweise der Süßwasserpolyp – für Nachwuchs. Auch bei einigen nur aus Weibchen bestehenden Eidechsenarten kommt die jungfräuliche Fortpflanzung zum Zuge; ihre Abkömmlinge entwickeln sich gewöhnlich aus unbefruchteten Eiern.

Doch die im Tier- und Pflanzenreich mit Abstand vorherrschende Strategie ist die sexuelle Reproduktion. Im Laufe der Zeit hat sie die asexuelle Form offenbar eindeutig ausgestochen. Selbst Organismen, die sich normalerweise vegetativ vermehren, legen gelegentlich eine Runde sexueller Fortpflanzung ein. Die geschlechtliche Reproduktion scheint den Nachkommen einen eindeutigen Überlebensvorteil in einer Umwelt zu bieten, die sich unvorhersehbar verändern kann. Vermutlich ist dies auf den Umstand zurückzuführen, dass auf geschlechtlichem Wege die Erbanlagen neu gemischt werden, woraus Sprösslinge mit einem breit gefächerten Spektrum an genetischen Kombinationen entstehen.

Allerdings ist die Wahrscheinlichkeit, dass die zufällige Neusortierung des Erbmaterials einen Schritt nach vorn bedeutet genauso groß wie die, eines Schrittes zurück. Noch immer rätseln deshalb Wissenschaftler, welcher Wettbewerbsvorsprung der sexuellen Reproduktion innewohnt. Um dieser Fragestellung auf den Grund zu gehen, ersannen William Rice und Adam Chippindale von der University of California in Santa Barbara ein ausgeklügeltes Experiment.

Mithilfe genetischer Werkzeuge manipulierten sie Individuen der Taufliege (Drosophila melanogaster) derart, dass sich die Tiere fortan nur noch auf ungeschlechtlichem Wege vermehrten. Dies erreichten die Forscher, indem sie weiblichen Insekten künstlich hergestellte Chromosomen mit der nahezu kompletten Erbinformation einpflanzten. Infolge dieser Behandlung brachten jene Fliegen "asexuelle Männchen" hervor, die sich zwar ebenfalls paarten, aber ihre Gene konnten sich nicht mit denen ihres Partners neu kombinieren. Demnach blieben die männlichen Erbanlagen in der nächsten Generation unberücksichtigt.

Über einen Zeitraum von eineinhalb Jahre beobachteten die beiden Wissenschaftler bei 17 aus manipulierten Tieren bestehenden Populationen und einer gleich großen Kontrollgruppe, deren Insekten sich sexuell fortpflanzten und dabei ihr Erbgut durchmischten, mit welcher Häufigkeit Mutationen entstehen und sich in der Nachkommenschaft ausbreiten. Im Brennpunkt ihres Interesses stand ein auf den männlichen Erbanlagen befindliches Gen, das bei seinen Trägern eine weiße oder, in veränderter Form, eine rote Augenfärbung hervorruft.

Und die Ergebnisse fielen eindeutig aus. Zunächst trat die nützliche Mutation "rote Augenfarbe" in beiden Versuchsgruppen – sowohl bei den genetisch manipulierten Tieren als auch bei ihren unbehandelten Artgenossen – gleich häufig auf. Doch schon bald entpuppte sich die geschlechtliche Fortpflanzung als überlegen. Denn während die Ausbreitung der Mutation bei den sich asexuell vermehrenden Insekten nach einigen Generationen zum Stillstand kam, stieg sie bei den Fliegen, die sich auf geschlechtlichem Wege fortpflanzten, im Laufe der Zeit weiter an und erreichte schließlich die 100-Prozent-Marke.

Auf eindrucksvolle Weise gelang es den Wissenschaftlern somit zweifelsfrei nachzuweisen, dass sich vorteilhafte Mutationen schneller in Populationen manifestieren, deren Individuen ihre Erbinformationen neu kombinieren, als in Populationen, in denen die genetische Grundausstattung unverändert an die Nachkommen weitergeben wird. Wie die Ergebnisse nahelegen, erweist sich die geschlechtliche Fortpflanzung aus evolutionärer Sicht als wesentlich fortschrittlicher und hat sich vermutlich auch aus diesem Grund im Laufe der Zeit als bevorzugte Vermehrungsstrategie durchgesetzt.