Das Paradox der Fortpflanzung

Das sogenannte „Paradoxon der sexuellen Reproduktion“ ist eines der wichtigsten ungelösten Probleme in der Evolutionsforschung. Es besagt, dass sich die allermeisten mehrzelligen Organismen – trotz hoher Kosten – durch sexuelle Reproduktion vermehren. Beispiele für solche Kosten sind der Aufwand durch die Produktion männlicher Nachkommen, die Kosten der Durchmischung des mütterlichen Genoms beim Sex, oder Kosten, die mit Partnersuche oder Paarung verbunden sind. „Ein besonders interessanter Sonderfall sind deshalb Organismen, die auf natürliche Weise immer wieder asexuelle Vertreter erzeugen“, erklärt Dr. Claus-Peter Stelzer vom Forschungsinsitut für Limnologie, Mondsee. Bei solchen Organismen sollte man erwarten, dass häufig „asexuelle Invasionen“ stattfinden, wobei asexuelle Linien die sexuellen Individuen verdrängen. Der Limnologie hat sich dieses Problem im vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) finanzierten Projekt „Evolution of asexuality in experimental rotifer populations“ anhand des Rädertiers Brachionus calyciflorus näher angesehen.

Sexuelle und asexuelle Reproduktion

Normalerweise reproduzieren sich Brachionus-Rädertiere mittels zyklischer Parthenogenese (CP), einer Mischung aus sexueller und asexueller Reproduktion. Allerdings treten immer wieder Individuen mit obligater Parthenogenese (OP) auf, die die Fähigkeit zur sexuellen Reproduktion komplett verloren haben. „Über den genauen Mechanismus dieses Übergangs zur asexuellen Reproduktion haben wir bisher wenig gewusst“, sagt Claus-Peter Stelzer. In seiner Arbeit konnte er nun erstmals zeigen, dass OP bei Brachionus durch eine Veränderung an nur einem Genort bewirkt wird. Individuen mit zwei Kopien der sogenannten op-Mutation waren obligate Parthenogeneten, wohingegen alle Besitzer mit mindestens einer „gesunden“ Kopie sich noch sexuell reproduzieren konnten. Im Projekt konnte durch mathematische Modelle und Laborexperimente gezeigt werden, dass OP-Mutanten manchmal innerhalb von wenigen Tagen ganze Populationen ihrer sexuellen Verwandten verdrängen können. „Die Kosten der sexuellen Reproduktion scheinen bei Brachionus-Rädertieren demnach sehr hoch zu sein“, erläutert der Limnologe. OP-Mutanten unterschieden sich auch noch in anderen Eigenschaften von Ihren sexuellen Verwandten: Sie zeigten einen oft charakteristischen „Zwergenwuchs“, sie neigten zu schnellem, nahezu ungebremsten Populationswachstum und tendierten zu extrem hohen Populationsdichten sowie einer Überweidung ihrer Nahrungsressourcen. Über längere Zeiträume gesehen waren OP-Populationen wesentlich instabiler als CP-Populationen, sie brachen im Falle einer Überweidung stärker zusammen. Da OP-Mutanten außerdem die Fähigkeit der Dauer-Ei-Produktion verloren haben (eine indirekte Konsequenz der Asexualität), konnten sich einmal ausgestorbene Populationen nicht zu einem späteren Zeitpunkt durch geschlüpfte Jungtiere regenerieren.

„Die Ergebnisse des Projekts bestätigen im Wesentlichen, dass asexuelle Reproduktion zwar durchaus kurzfristige Vorteile bieten kann, jedoch langfristig in eine Sackgasse führt“, sagt Claus-Peter Stelzer. Das in diesem Projekt etablierte Modellsystem soll in der Zukunft dazu genützt werden, andere bisher noch nicht ausreichend untersuchte Hypothesen zu den Vorteilen von sexueller Reproduktion zu testen. Außerdem eignen sich OP- und CP-Individuen hervorragend als Modellsystem zur Aufklärung der molekulargenetischen Mechanismen sexueller und asexueller Reproduktion.