Seit 04:05 Uhr Tonart

Sonntag, 16.06.2019
 
Seit 04:05 Uhr Tonart

Zeitfragen | Beitrag vom 20.12.2018

30-jähriges EvolutionsexperimentForscher erschaffen neues Geschlechtschromosom

Von Jennifer Rieger

Beitrag hören Podcast abonnieren
Zwei Fische (Manfred Schartl / Paolo Franchini)
Im Fokus des Evolutionsexperiments: zwei Fischarten, der Platy und der Schwertträger. (Manfred Schartl / Paolo Franchini)

Nicht nur X- und Y-Chromosom können das biologische Geschlecht festlegen. Im Tierreich gibt weit mehr Mechanismen. Nun ist es Forschern an der Uni Konstanz sogar gelungen, ein ganz neues Geschlechtschromosom zu erschaffen.

Vögel tun es. Bienen tun es. Und ja, Flöhe tun es auch. 99 Prozent aller mehrzelligen Organismen pflanzen sich sexuell fort. Meistens, wie bei besagten Flöhen, Bienen und Vögel bis zum Menschen, sind dazu zwei Geschlechter nötig. Ob ein Tier als Männchen oder als Weibchen zur Welt kommt, hängt von verschiedenen Faktoren ab.

Bei manchen Arten kommt es auf die Temperatur an. Das ist zum Beispiel bei Meeresschildkröten so: Je nach Temperatur im Nest schlüpfen mehr Weibchen oder mehr Männchen.

Bei den meisten Arten wird Geschlecht genetisch bedingt

Bei den meisten Arten ist das Geschlecht allerdings genetisch bedingt – durch einzelne Gene, Abschnitte des Erbguts oder ganze Chromosomen. X- und Y-Chromosom – das ist nur eine Möglichkeit, sagt Paolo Franchini. Im Tierreich gibt es noch weit mehr Mechanismen.

"XY ist das Geschlechtsbestimmungs-System bei Menschen und den meisten Säugetieren: Das Weibchen hat zwei Kopien des X-Chromosoms, das Männchen ein X und ein Y. Das ZW-Geschlechtsbestimmungssystem kommt bei Vögeln häufig vor. Hier ist es andersherum, das Weibchen hat zwei verschiedene Geschlechtschromosomen und das Männchen zweimal das gleiche.

Paolo Franchini forscht in der Arbeitsgruppe für Evolutionsbiologie an der Uni Konstanz. Früher arbeitete er mit Mäusen – doch inzwischen ist er auf den Fisch gekommen. Genauer gesagt auf zwei Fischarten, die mit den Guppys verwandt sind. Im Aquarienraum der Uni stellt der Biologe seine Studienobjekte vor.

Ein Expertiment, das seit Jahrzehnten läuft

Xiphophorus hellerii wird auch Schwertträger genannt. Seinen Namen hat er von der besonderen Form der Schwanzflosse beim Männchen. Die verlängerte untere Spitze der Flosse erinnert an ein Schwert. Bei Xiphophorus maculatus, dem Platy, sehen Männchen und Weibchen gleich aus. Paolo Franchini arbeitet mit an einem Evolutionsexperiment, das schon seit Jahrzehnten läuft.

"Vor etwa 30 Jahren hat Manfred Schartl von der Uni Würzburg das Experiment begonnen. Er hat jeweils einen Schwertträger mit einem Platy gekreuzt. Die Mischlinge aus der nächsten Generation hat er dann wieder mit einem Schwertträger gekreuzt und das immer wieder wiederholt, für mehr als 100 Generationen."

Franchini entschlüsselte das genetische Material der Elternfische, den originalen Schwertträgern und Platys, und das genetische Material der 100. Generation.

"Man muss dazusagen: Schwertträger und Platys haben zwei verschiedene Mechanismen, die das Geschlecht bestimmen. Der Platy hat ein X und ein Y-Chromosom, wie Menschen. Der Schwertträger hat ein Z und ein W-Chromosom.

Das Geschlechtschromosom hat "seinen Platz gewechselt"

Was passiert, wenn diese beiden Arten gekreuzt werden? Welche Gene werden an die nächste Generation weitergegeben? Und welches System der Geschlechtsbestimmung setzt sich durch: XY oder ZW? In diesem Fall muss man wohl sagen: weder noch.

"Nach 100 Generationen ist ein neues Geschlechtschromosom entstanden. Das ist ein sehr wichtiges Ergebnis. So etwas wurde zwar in der Theorie vorhergesagt. Aber wir sind die ersten, die es in einem Experiment beobachtet haben."

Geschlechtschromosomen gibt es bei vielen Tierarten – und zum Teil haben sie sich unabhängig voneinander entwickelt. Warum das so ist? Darüber zerbrechen sich schon Generationen von Biologen die Köpfe.

Klar ist aber, dass es ein erfolgreiches System ist. Sonst gäbe es nicht so viele Tierarten, die ein X und ein Y beziehungsweise ein Z und ein W-Chromosom haben. Wie kam also bei den Schwertträger-Platy-Mischlingen ein neues Geschlechtschromosom zustande?

Franchinis Erklärung: Die genetische Region, die dafür sorgt, dass ein Geschlechtschromosom seine Funktion erfüllt, hat den Platz gewechselt.

"Sie ist auf ein anderes Chromosom gewandert. Vorher war das Geschlechtschromosom das Chromosom Nummer 21. Bei beiden Arten, dem Platy und dem Schwertträger. Obwohl eine Art das XY-System hat, die andere ZW. Nach 100 Generationen ist ein Stück des mütterlichen Chromosoms 21 gewandert, auf das Chromosom zwei."

Warum ist Geschlecht bei manchen Arten so flexibel?

Nach 100 Generationen ist also das zweite Chromosom zum Geschlechtschromosom geworden. Franchini erklärt das so: Wenn zwei verwandte Arten gekreuzt werden, dann vermischt sich ihr Erbgut. Der Nachwuchs bekommt je ein Chromosom vom Vater und ein von der Mutter. Bei diesem Prozess kann es passieren, dass hier und da ein Stück Chromosom abbricht und sich in ein anderes Chromosom einfügt. Das ist auch in diesem Fall passiert. Eine Frage ist allerdings offen, auf die Paolo Franchini noch keine Antwort hat:

Wie kann es sein, dass etwas so Grundlegendes wie die Bestimmung des Geschlechts bei manchen Tieren so einheitlich ist und bei anderen so flexibel? Am XY-System der Säugetiere ist kaum zu rütteln – bis auf ein paar wenige Ausnahmen. Schwertträger, Platys und ihre Verwandten pfeifen dagegen auf ein festes Geschlechtsbestimmungssystem. Dass zwei so eng verwandte Arten zwei verschiedene Systeme nutzen – XY und ZW – ist laut Paolo Franchini sehr ungewöhnlich.

"Das ist eine der großen Fragen in der Evolutionsbiologie und wir haben noch keine Antwort darauf. Es wird viel daran geforscht. Wir haben Glück, weil wir im Zeitalter der Erbgutforschung leben, es ist sehr einfach, ganze Genome zu sequenzieren. Aber die genetischen Mechanismen mit dem evolutionären Grund dafür zu verknüpfen, das ist sehr schwierig."

Zeitfragen

Ein Leben lang zum ZahnarztDie Angst vor dem Bohrer
Die Zahnarztbesuche in der Kindheit können zu bleibenden Erinnerungen werden und spätere Angst und Trauma in Bezug auf die Zahnbehandlung auslösen. (imago/ Joker/ Gudrun Petersen)

Für viele ist es wohl mit eine der schlimmsten Kindheitserinnerungen – der Besuch beim Zahnarzt. Grelles Licht, dröhnender Bohrer und Zähne ziehen. Manche sind bis heute davon traumatisiert, aber es gibt Zahnarztpraxen, die helfen. Mehr

Mit Nanoteilchen gegen TumoreHitze im Kampf gegen Krebs
Nanoteilchen für die Wärmetherapie. (Martin Mair)

Bei einer Wärmetherapie wird ein Tumor mit Hitze bekämpft und kann ein Baustein in der Krebsbehandlung sein. Weltweit versuchen Forscher und Forscherinnen, die experimentelle Methode zu verbessern. In Berlin setzt man dabei auf Nanomagnete.Mehr

weitere Beiträge

Entdecken Sie Deutschlandfunk Kultur