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Fliegenmännchen setzen Partnerinnen unter Druck Manipulation über Proteine im Sperma

| Autor / Redakteur: Svenja Ronge* / Christian Lüttmann

Bei der Fortpflanzung kennen männliche Fruchtfliegen kein Pardon: Sie manipulieren ihre Partnerin beim Sex über einen Chemiecocktail und verringern so die Chance, dass Konkurrenten zum Zug kommen. Welche Folgen das für die Fliegenweibchen hat und wie sich eine aufgezwungene monogame Lebensweise auf die Fliegen auswirkt, haben Forscher der Universität Münster und der schweizerischen Universität Lausanne untersucht.

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Fruchtfliegen der Art Drosophila melanogaster bei der Paarung
Fruchtfliegen der Art Drosophila melanogaster bei der Paarung
(Bild: Mareike koppik)

Münster, Lausanne/Schweiz – Bei der Fortpflanzung entwickeln sowohl Männchen als auch Weibchen mitunter kreative Strategien, um ihre Interessen bei der Paarung zu verfolgen. Das zeigt sich schon bei den kleinsten Tierarten wie der Fruchtfliege Drosophila melanogaster – hier nehmen die Fliegenweibchen über die Samenflüssigkeit des Männchens Proteine auf, was nach der Paarung zu radikalen Veränderungen ihres Verhaltens und ihrer Vorgänge im Körper führt: Sie steigern ihre Aktivität, reduzieren ihre sexuelle Bereitschaft und kurbeln ihr Immunsystem an.

Was hat das Männchen davon? Es versucht damit, seine Gene möglichst exklusiv zu verbreiten. Denn prinzipiell sind weibliche Fliegen in der Lage, den Samen von mehreren Partnern zu speichern und ihn mehr als eine Woche lang zur Befruchtung ihrer Eier zu verwenden. Das erste begattende Männchen setzt daher alles daran, dass die Sexualpartnerin möglichst schnell möglichst viele Eier legt und sich nicht mit anderen paart. So wird sie davon abgebracht, ihre Kräfte zu sparen und sich über einen längeren Zeitraum fortzupflanzen.

Erzwungene Monogamie für Fruchtfliegen

Ob die Männchen die Weibchen auch dann manipulieren, wenn keine Wettbewerbssituation mit anderen männlichen Fruchtfliegen vorliegt, haben Evolutionsbiologen der Universität Münster und der schweizerischen Universität Lausanne untersucht. Sie haben sich angesehen, welche Mechanismen sich dann evolutionär verändern.

Dazu ließen die Wissenschaftler jeweils einzelne Fliegenpaare über Generationen hinweg monogam leben. Dabei paarten sich jeweils nur ein Weibchen und ein Männchen, wodurch das Männchen nur so viele Nachkommen erhielt, wie seine Partnerin Eier legen konnte. In einer zweiten Gruppe paarten sich fünf Männchen und fünf Weibchen frei untereinander. Dieser für Fruchtfliegen normale polygame Lebensstil schaffte naturgemäß eine evolutionäre Konkurrenzsituation. Die Gesamtpopulationen waren in beiden Gruppen allerdings gleich groß.

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Manipulation nur der Fortpflanzung wegen

Nach 150 Generationen und zehn Jahren sexueller Selektion verglichen die Forscher das Verhalten und die Physiologie der Fliegen beider Gruppen. Das Ergebnis: Männliche Fliegen aus der monogam lebenden Gruppe produzieren weniger Proteine in ihrer Samenflüssigkeit, die das Verhalten der Weibchen verändern. Dies bestätigt die Annahme, dass Fliegenmännchen ihre Partnerinnen vor allem deshalb manipulieren, um ihre eigenen Chancen im Fortpflanzungswettbewerb zu steigern. „Mit der aktuellen Studie bestätigen wir eine seit langem bestehende Theorie“, sagt Evolutionsbiologin Dr. Claudia Fricke, Forschungsgruppenleiterin an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU).

Weibchen haben das Nachsehen

Die Weibchen haben als Nebeneffekt der „egoistischen“ Strategie der Männchen häufig sogar gesundheitliche Nachteile. So zeigte sich in der Studie, dass polygam lebende Weibchen in den ersten Tagen nach der Befruchtung ein Drittel mehr Eier legten als diejenigen, die in einer Umgebung mit nur einem Partner gelebt hatten. Außerdem waren die Weibchen, die sich mit einem polygam lebenden Männchen gepaart hatten, deutlich unruhiger, was aus aufgezeichneten Bewegungsmustern hervorging.

Die Manipulation durch die Proteine im Samen der Männchen entkräftete die Weibchen zum Teil so sehr, dass sie daran zugrunde gingen: „Weibchen, die mit polygamen Männchen zusammen waren, starben doppelt so häufig innerhalb von ein paar Stunden nach der Paarung wie Weibchen aus monogamen Beziehungen“, sagt Laurent Keller von der Universität Lausanne.

Wie Paarungskonkurrenz auf die Gene wirkt

In einem weiteren Schritt lasen die Wissenschaftler die Gene der Fliegenweibchen nach der Paarung mithilfe von Genexpressionsanalysen aus. Sie maßen die Häufigkeit der für die Fortpflanzung wichtigen Gene im Unterleib und im Gehirn der Weibchen – also den Organen, die für die Produktion von Eiern und Hormonen sowie für die Verhaltensänderungen verantwortlich sind. Die Wissenschaftler entdeckten, dass bei monogam lebenden Weibchen diese Fortpflanzungsgene weniger stark exprimiert wurden, also weniger stark vorkamen.

Das deckte sich mit den Untersuchungen der Männchen. Ohne die Konkurrenzsituation wurden bei monogamen Männchen diejenigen Gene viel weniger exprimiert, die Proteine codieren, mit denen Weibchen nach der Paarung letztlich manipuliert werden können.

In folgenden Studien wollen die Forscher weitere Gene identifizieren, die in diesem Prozess sowohl bei den Fruchtfliegenweibchen als auch bei den Männchen eine Rolle spielen. Die generellen Prinzipien der Beobachtung dürften auch auf andere Insektenarten mit einem ähnlichen Paarungssystem übertragbar sein.

Originalpublikation: B. Hollis et al. : Sexual conflict drives male manipulation of female postmating responses in Drosophila melanogaster. PNAS, 2019; DOI: 10.1073/pnas.1821386116

* S. Ronge: Westfälische-Wilhelms Universität Münster, 48149 Münster

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