14.10.12

Fortpflanzung

Evolution - Als die Natur den Sex erfand

Sexuelle Fortpflanzung ist eine aufwendige Sache – die sich zur Erhaltung der Arten aber lohnt. Sie macht Organismen überlebensfähiger.

Von Fanny Jiménez

Es war einmal so einfach: Wenn Lebewesen sich vermehren wollten, spalteten sie einen Teil von sich ab – und fertig. Bakterien und andere Einzeller teilen sich dazu in zwei Teile, viele Mehrzeller, zum Beispiel Pflanzen, bilden Ableger. Das ist eine praktische Sache, denn jedes Individuum kann sich selbst vermehren, indem es diese Nachkommen mit identischem genetischen Material – von einigen Mutationen abgesehen – mit sehr wenig Energieaufwand schafft. Doch irgendwann bekam diese effiziente ungeschlechtliche Vermehrung Konkurrenz: Die Natur erfand den Sex.

Fortan mussten viele Mehrzeller wie etwa Säugetiere einen anderen Mehrzeller finden, mit dem sie genetisches Material austauschen konnten. Damit das auch funktioniert, spezialisierten sich einige der Zellen zu Geschlechtszellen, die entweder das mütterliche oder väterliche Erbgut enthalten. Erst durch die Vereinigung dieser beiden Zellen entstehen neue Nachkommen – und im Gegensatz zu den Klonen der ungeschlechtlichen Vermehrung bestehen diese Sprösslinge aus einer jeweils einzigartigen Kombination der elterlichen Gene. Das bedeutet: Sie unterscheiden sich genetisch sowohl von ihren Eltern als auch von all ihren Geschwistern.

Eine Vielzahl verschiedener Strategien

Was für ein Aufwand! Wozu das Ganze? Nicht nur müssen sich die Partner finden und über die Reproduktion abstimmen, noch dazu kommt dabei weniger Nachwuchs heraus, da sich nicht jedes Lebewesen allein fortpflanzen kann. "Die Frage, warum sich die sexuelle Fortpflanzung durchgesetzt hat, gilt als das Königsproblem der Evolutionsbiologie", sagt Manfred Milinski, Direktor des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie. Das Problem seien die Männchen – denn sie legen weder Eier, noch gebären sie Kinder; damit sind sie eigentlich ziemlich überflüssig. Auch warum das Weibchen so einen Aufwand betreibe, sei lange unklar gewesen. "Es wirft die Hälfte seiner Gene weg, um ein anderes Individuum zu finden, das genau dasselbe getan hat, um sich von ihm die weggeworfene Hälfte wieder auffüllen zu lassen", sagt Milinski.

Die Grundlage all dessen ist die Meiose: eine Form der Zellteilung, bei der der doppelte Chromosomensatz, den die meisten Körperzellen besitzen, halbiert wird, wenn die Geschlechtszellen entstehen. Trifft eine Samenzelle mit diesem halbierten Chromosomensatz dann auf eine Eizelle, die ebenfalls einen halbierten Chromosomensatz hat, wird bei ihrer Verschmelzung der ursprüngliche doppelte Chromosomensatz wiederhergestellt – und das Erbgut der Eltern ist damit bei jedem Abkömmling neu kombiniert. Erst kürzlich konnten Ricardo Benavente und Manfred Alsheimer vom Biozentrum der Universität Würzburg zeigen, dass die Meiose sich in der Geschichte der Evolution nur einmal entwickelte und erst später in den Arten differenzierte: Lange Zeit war unklar, ob sie sich nicht doch in mehreren Arten unabhängig voneinander entwickelt hat. "Die sexuelle Fortpflanzung ist vermutlich schon vor mehr als 600 Millionen Jahren entstanden", sagt Ricardo Benavente. Dabei hätten sich eine Vielzahl verschiedener Strategien entwickelt.

So findet die Befruchtung der Eizellen manchmal frei im Wasser statt, bei anderen Arten dagegen im Mutterleib. Manche Arten würden bei ihren Nachkommen eher Wert auf Quantität legen, andere auf Qualität, etwa Menschen: Sie produzieren nur wenige Eier und Nachkommen, investieren dafür aber mehr Zeit in den Nachwuchs. Das, was die sexuelle Fortpflanzung ausmacht, die Erhöhung der genetischen Variabilität der Individuen, muss also einen unschlagbaren evolutionären Vorteil haben.

Ein bisschen Science-Fiction

Natürlich kann man sagen, dass die neuen genetischen Kombinationen in jeder Generation neue Eigenschaften hervorbringen, die den Organismus anpassungsfähiger und damit auch wieder fortpflanzungsfähiger machen. Allerdings, so Manfred Milinski, müsste dafür jedes Lebewesen den Partner, also die zweite Hälfte der beigesteuerten Gene, so auswählen, dass die Kombination beider Genpoole mindestens doppelt so gut sei – nur dann lohne sich der Aufwand. Simulationsstudien hätten ergeben, dass dafür drei Bedingungen zugleich erfüllt sein müssten, die, wie Milinski sagt, "alle ein bisschen nach Science-Fiction klingen". Zum einen müssten die Veränderungen in der Umwelt dramatisch sein – so dramatisch, dass klimatische Bedingungen oder andere Umweltfaktoren, an die man zunächst denken mag, nicht ausreichen.

Zweitens müssten die Gene hochpolymorph sein, also in enorm vielen Varianten auftreten, damit man bei der Mischung der Gene wirklich etwas bekommt, was man selbst nicht hat. Und drittens müssten diese vielen verschiedenen Genvarianten auch noch unmittelbar an potenziellen Geschlechtspartnern erkennbar sein, und zwar in all ihren Einzelheiten – damit man den Partner wählen kann, dessen Gene die eigenen für den Nachwuchs optimal ergänzen.

Wissenschaftler bissen sich an diesen Bedingungen lange Jahre die Zähne aus. Aber um die lange Forschungsgeschichte etwas abzukürzen: Sie sind tatsächlich erfüllt. Die einzigen Umweltbedingungen, die sich schnell und dramatisch genug verändern, sind Krankheitserreger. Ihrer Anzahl und schnellen Entwicklung wegen lohnt sich sexuelle Fortpflanzung. Die Genvarianten wiederum, von denen es so viele verschiedene braucht, finden sich bei unseren Immungenen. Während sich Menschen in allen anderen Genen recht ähnlich sind, gibt es von ihnen eine enorme Bandbreite. Sie sorgt dafür, dass Menschen Krankheitserregern gegenüber resistent bleiben. Wenn der potenzielle Partner also einen unterschiedlichen Satz an Immungenen mitbringt, verspricht das einen Gewinn für den Nachwuchs.

Der passende Geruch

Und auch die dritte Bedingung ist erfüllt. Denn die Immungen-Ausstattung eines potenziellen Partners wird, wie man seit einigen Jahren weiß, bei Tieren und auch beim Menschen zumeist unbewusst über den Körpergeruch wahrgenommen – und so kann immer derjenige Partner gewählt werden, der die eigene Immungen-Ausstattung am besten ergänzt.

In einer Studie, die Milinski zusammen mit anderen Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie und dem Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel veröffentlichte, konnte er bei Stichlingen Folgendes zeigen: Welches Repertoire an Immungenen an die Nachkommen der Fische weitergegeben wurde, das beeinflussten vor allem die jeweils neuen Krankheitserreger. Sie selbst waren also Treiber der Genvariabilität. Je besser, also breiter die Immungen-Ausstattung eines Organismus ist, desto besser kann auf zukünftig veränderte Krankheitserreger reagiert werden. Beim Partner den richtigen Duft zu wählen zahlt sich also aus. "Wir haben einen fantastischen Mechanismus, der unseren Kindern ein gutes Immunsystem beschert", sagt Milinski.

Deswegen suche man so lange nach dem einen passenden Geruch, während bei anderen viele Düfte attraktiv sein können. So kompliziert die sexuelle Fortpflanzung bei genauem Hinsehen auch scheinen mag: Sie lohnt sich. Und das ist doch beruhigend.