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Rekombination & Evolution Warum sich „weibliche Gene“ stärker mischen

Autor / Redakteur: Dr. Kerstin Mehnert* und Dr. Harald Rösch** / Dr. Ilka Ottleben

Ein Hamletbarsch kann Vater und Mutter seiner Nachkommen sein – eine Eigenschaft, die Forschern hilft aufzuklären, warum Gene in einem Geschlecht – meistens dem weiblichen – oft stärker rekombiniert werden. Demnach halten diese unterschiedlichen Rekombinationsraten besonders egoistische Gene im Zaum. Die Rekombination ist eine wichtige Triebfeder der Evolution.

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Hamletbarsche sind Zwitter und können zugleich Vater und Mutter ihrer Nachkommen sein. Die Gene ihrer Eizellen werden dabei stärker durchmischt als die ihrer Spermien.
Hamletbarsche sind Zwitter und können zugleich Vater und Mutter ihrer Nachkommen sein. Die Gene ihrer Eizellen werden dabei stärker durchmischt als die ihrer Spermien.
(Bild: © O. Puebla)

Plön, München – Ob Pflanze oder Tier – beim Übergang von einer Generation zur nächsten werden die Gene neu gemischt, bevor sie auf Ei- und Samenzellen verteilt werden. In der Regel werden die Gene in den Keimzellen des Elternteils mit unterschiedlichen Geschlechtschromosomen, meistens also dem männlichen Organismus, jedoch weniger oder gar nicht gemischt. Forscher des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön haben zusammen mit Kollegen vom Helmholtz Zentrum für Meeresforschung in Kiel, der Universität Kiel und dem Smithsonian Tropical Institute in Panama eine mögliche Ursache für dieses Phänomen gefunden. Dazu analysierten sie die Rekombinationsraten eines ungewöhnlichen Modellorganismus: des aus der Karibik stammenden Schwarzen Hamletbarsches Hypoplectrus nigricans.

Rekombinationsraten – Der Ursache der Haldane-Huxley-Regel auf der Spur

Während der Bildung von Spermien und Eizellen werden die Chromosomen teilweise zerstückelt und neu zusammengesetzt – ein Vorgang, der als Rekombination bekannt ist und eine wichtige Triebfeder für die Evolution darstellt, denn so können neue Erbgutvarianten entstehen. Wie stark das Erbgut der Keimzellen jedoch durchmischt wird, hängt vom Geschlecht ab: In der Regel werden die Keimzellen des Elternteils mit gleichen Geschlechtschromosomen (XX) stärker rekombiniert als die des Elternteils mit unterschiedlichen Geschlechtschromosomen (XY) – ein Effekt, der in der Tier- und Pflanzenwelt weit verbreitet und als Haldane-Huxley-Regel bekannt ist.

Seit Langem suchen Wissenschaftler nach der Ursache dieses Phänomens. Der Schwarze Hamletbarsch hat dieses Rätsel mit seinem ungewöhnlichen, simultanen hermaphroditischen Paarungsverhalten zumindest ein Stück weit gelüftet. Im Gegensatz zu vielen anderen Fischen lässt sich Hypoplectrus nigricans bei seinen täglichen Paarungsspielen vor der Küste Panamas nämlich nicht von Beobachtern stören. So konnten Taucher auf seine kuriose Fortpflanzung aufmerksam werden: Der Zwitter-Fisch kann nicht nur selbst Eier legen, sondern auch fremde Eier besamen. Gemeinsam mit einem Partnerfisch zeugt er so in abwechselnder Reihenfolge einen Teil seines Nachwuchses als Vater, den anderen Teil als Mutter.

Eizellen werden stärker rekombiniert als Spermien

Die Wissenschaftler haben nun den Nachwuchs eines Hamletbarsch-Pärchens genau untersucht und das Erbmaterial der Fischlarven entschlüsselt. Gemeinsam mit der Erbinformation der erwachsenen Fische konnten die Forscher nachverfolgen, welche Teile des Genoms ein Elternteil beigesteuert hat und welche Abschnitte neu kombiniert wurden. „Unsere Analyse hat ergeben, dass die Fische als Zwitter zwar Spermien und Eizellen produzieren, ihre Gene aber bei der Bildung von Eizellen stärker neu kombiniert werden als bei der Bildung von Spermien“, erklärt Loukas Theodosiou vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie für Evolutionsbiologie in Plön.

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