Asexuelle Fortpflanzung Kein Sex, kein Problem – Arterhaltung mal anders

Evolution lebt vom Durchmischen der Gene: Beim Sex stellen die Spermien die eine Hälfte und die Eizelle die andere Hälfte des Nachwuchs-Genoms bereit. Doch es gibt auch Arten, die sich asexuell vermehren. Bisher fehlte allerdings der Beweis, dass nicht doch andere Wege zum Genaustausch genutzt werden. Erst jetzt haben Forscher mit Beteiligung der Uni Göttingen diesen Nachweis für eine Milbenart erbracht.

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Göttingen – Menschen machen es, Primaten machen es, selbst die kleinsten Insekten machen es: Sex. Dass sich in der Natur so viel um diesen „Akt“ dreht, hat einen triftigen Grund. Dabei geht es nicht um Vergnügen und auch nicht nur um die Fortpflanzung an sich, sondern um die langfristige Arterhaltung durch genetische Variation: Die unterschiedlichen Genome der Eltern, von denen Sie bei der Befruchtung jeweils 50% einbringen, ergeben im Nachwuchs einen neuen Genmix. Damit wird die genetische Vielfalt weitergetrieben und eine Art kann sich durch Evolution besser an neue Umweltbedingungen anpassen. Dies wurde bisher als der große evolutionäre Vorteil der sexuellen Fortpflanzung angesehen.

Zwar wird so tatsächlich genetische Vielfalt zwischen verschiedenen Individuen erzeugt, doch die beiden Erbgut-Kopien innerhalb eines Individuums bleiben sich im Durchschnitt sehr ähnlich. Zudem gibt es auch asexuell reproduzierende Arten, die sich in der Natur erfolgreich durchgesetzt haben.

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Individuen dieser speziellen Arten erzeugen genetische Klone von sich selbst und können dabei ebenfalls genetische Varianz in ihr Erbgut bringen und sich somit im Laufe der Evolution an ihre Umwelt anpassen. Allerdings führt das Fehlen sexueller Fortpflanzung und damit der „Durchmischung“ bei asexuellen Tierarten dazu, dass die beiden Genomkopien unabhängig voneinander Mutationen ansammeln und innerhalb ein und desselben Individuums immer unterschiedlicher werden. Die beiden Kopien evolvieren unabhängig voneinander.

Diese Unterschiede in den Chromosomensätzen rein asexueller Arten lassen sich nachweisen – Forscher nennen dieses Phänomen den Meselson-Effekt. „Das klingt vielleicht simpel. In der Praxis ist der Meselson-Effekt aber bei Tieren noch nie schlüssig gezeigt worden – bis jetzt“, sagt Prof. Dr. Tanja Schwander vom Department of Ecology and Evolution der Universität Lausanne. Sie hat gemeinsam mit ihrem Team und Kollegen der Universitäten Köln und Göttingen sowie der französischen Universität Montpellier das charakteristische Muster im Erbgut eines Organismus nachgewiesen, das auf rein asexuelle Fortpflanzung schließen lässt.

Uralt asexuelle Skandale

Schon lange existierende asexuelle Tierarten wie die Hornmilbenart Oppiella nova bringen Evolutionsbiologen in Erklärungsnot, denn asexuelle Fortpflanzung scheint auf lange Sicht sehr unvorteilhaft zu sein. Wie sonst könnte man erklären, dass sich fast alle Tierarten rein sexuell fortpflanzen? Tierarten wie O. nova, die ausschließlich aus Weibchen bestehen, werden daher auch als „uralt asexuelle Skandale“ bezeichnet.

Zu belegen, dass die uralt asexuellen Skandale sich auch wirklich, wie angenommen, ausschließlich asexuell fortpflanzen (und ob sie dies auch schon so lange tun), ist ein komplexes Unterfangen. „Es könnte beispielsweise eine Art von ‚kryptischem‘ sexuellem Austausch geben, den man nicht kennt oder noch nicht kennt“, erklärt der Erstautor Dr. Alexander Brandt die Schwierigkeit. Eine rein asexuelle Fortpflanzung hinterlässt jedoch eine besonders charakteristische Spur im Erbgut, eben jenen Meselson-Effekt.

Evolution ohne Sex: selten, aber möglich

Für ihre Studie hat das Forscherteam verschiedene Populationen von Oppiella nova und ihrer nahe verwandten, aber sich sexuell reproduzierenden Schwesterart Oppiella subpectinata in Deutschland gesammelt und deren genetische Information sequenziert und analysiert. Eine äußerst kleinteilige Arbeit für die Wissenschaftler. „Die Milben sind nur ein Fünftel Millimeter groß und schwer zu identifizieren“, sagt Brandt.

Die Anstrengungen zahlten sich schließlich aus: Die Forscher haben den Meselson-Effekt erstmals experimentell belegt. „Dies zeigt eindeutig, dass O. nova ausschließlich asexuell reproduziert“, hält Dr. Jens Bast von der Uni Köln fest. „Hornmilben könnten noch für die ein oder andere Überraschung sorgen, wenn es darum geht zu verstehen, wie Evolution ohne Sex funktioniert.“ Die Ergebnisse zeigen: Das Überdauern einer Art ohne sexuelle Reproduktion ist zwar selten, aber keine Unmöglichkeit. Nun wollen die Wissenschaftler der Studie herausfinden, was diese Hornmilben so speziell macht, dass sie mit dieser Strategie erfolgreich sind.

Originalpublikation: Alexander Brandt et al. Haplotype divergence supports long-term asexuality in the oribatid mite Oppiella nova, PNAS September 21, 2021 118 (38). DOI: 10.1073/pnas.2101485118

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