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Wozu Sex gut ist
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Was Evolutionsbiologen schon immer über Sex vermutet haben, aber nie beweisen konnten, haben nun britische Forscher belegt: Die geschlechtliche Vermehrung erhöht die genetische Vielfalt und damit die Wirksamkeit der natürlichen Selektion. Dies gilt zumindest für Hefepilze.

Ein Team um Matthew R. Goddard vom Imperial College London konnte zeigen, dass Sex gewissermaßen eine biologische Versicherung für schlechte Zeiten darstellt: Hefen greifen unter widrigen Lebensbedingungen auf die sexuelle Vermehrung zurück. Tun sie das nicht, ist ihre Wachstumsfähigkeit stark eingeschränkt.

Die Studie "Sex increases the efficacy of natural selection in experimental yeast populations" von Matthew R. Goddard et al. erschien im Fachjournal "Nature" (Band 434, S. 637-40, Ausgabe vom 31.3.05). Nature


Weit verbreitet, aber rätselhaft

Die meisten Tiere und Pflanzen vermehren sich sexuell. Dieses Muster ist in der Natur so verbreitet, dass man kaum auf die Idee kommt zu fragen, warum es eigentlich existiert. Aus evolutionsbiologischer Sicht ist es hingegen äußerst rätselhaft.

Denn die geschlechtliche Fortpflanzung bricht definitionsgemäß Gen-Kombinationen auf und durchmischt das Erbgut der Eltern mit jeder Generation aufs Neue. Im Fall von günstigen, d.h. besonders erfolgreichen Kombinationen ein klarer Fall von Verschwendung, der nach einer gesonderten Erklärung verlangt.

Sex verursacht Kosten...

Zum zweiten ist Sex (bzw. dessen Anbahnung) eine äußerst kostspielige Angelegenheit. Die wichtigste Nebensache Welt kostet nämlich jede Menge Zeit und Energie, die von ungeschlechtlichen Wesen eingespart werden könnte.

Eine sexfreie Welt würden daher völlig anders aussehen als das, was wir gewohnt sind: Insekten würden keine Pollen oder Nektar in Blüten sammeln und auf diese Weise für die Bestäubung von Pflanzen sorgen.

Auch der Pfau könnte auf sein ebenso extravagantes wie unpraktisches Federkleid verzichten - und Männer mittleren Alters würden vermutlich weniger Geld für teure Sportwägen ausgeben.

...und nochmals Kosten


Wie dem auch sei, darüber hinaus gibt es noch ein gewichtiges theoretisches Argument, das die Allgegenwart der Sexualität rätselhaft erscheinen lässt.

Wie etwa der im letzten Jahr verstorbene Evolutionsbiologe John Maynard Smith betonte, ist es paradox, dass Mütter bei vielen Tierarten ganz allein für Geburt und Aufzucht des Nachwuchses sorgen, obwohl sie damit aus genetischer Sicht ein schlechtes Geschäft machen:

Im Vergleich zu Weibchen, die sich ungeschlechtlich fortpflanzen und daher nur Töchter produzieren, geben sie nämlich lediglich die Hälfte ihrer Gene an die nächste Generation weiter.

Fachleute nennen das die "zweifachen Kosten von Sex": Auf den ersten Blick die Antithese zu jener Grundregel, derzufolge Individuen danach trachten, möglichst viele Kopien ihrer Erbfaktoren im Genpool einer Population zu verbreiten.

The twofold cost of sex (blackwellpublishing.com)

Der Weismann-Effekt

Viele moderne Antworten auf solche Probleme gehen auf ein Konzept zurück, das vom deutschen Zoologen August Weismann im 19. Jahrhundert entwickelt wurde. Weismann, dem wir etwa auch die bedeutende Unterscheidung von Keimbahn und Soma verdanken, ging davon aus, dass die Sexualität die genetische Vielfalt und damit die Effizienz der natürlichen Selektion erhöht.

Hypothese experimentell überprüft

Das erscheint auf den ersten Blick durchaus einleuchtend, doch wie überprüft man diese Hypothese im Experiment? Schließlich kann man keine Spezies dazu zwingen, spontan ihre Sexualität aufzugeben. Mit Hilfe der modernen Biotechnologie kann man das sehr wohl, wie nun ein Team um Matthew R. Goddard vom Imperial College London gezeigt hat.

Sex im Leerlaufmodus

Die britischen Biologen konstruierten eine Hefekultur, der sie zwei Gene aus dem Erbgut entfernten. Dabei handelte es sich um die Erbfaktoren SPO11 und SPO13, die eine entscheidende Rolle bei der sexuellen Rekombination und der Meiose spielen.

Hier ist zu beachten, dass die Hefe - etwa im Gegensatz zum Menschen - auf zwei Fortpflanzungsmodi zurückgreifen kann. Unter guten Wachstumsbedingungen vermehrt sie sich durch Zellteilung, in Zeiten des Mangels bildet sie hingegen Sporen aus - das Äquivalent zu den Keimzellen von höheren Tieren und Pflanzen. Diese Sporen vereinigen sich wie Eizelle und Spermium und bilden dann die nächste Generation von Hefepilzen (Bild oben, links).

Soweit der Ablauf, wie er im Lehrbuch steht. Bei den genetisch modifizierten Hefepilzen passierte hingegen Eigenartiges: Auch sie schalteten unter widrigen Lebensbedingungen auf die geschlechtliche Fortpflanzung um, konnten in Ermangelung der Gene SPO11 and SPO13 jedoch nur Sporen mit doppeltem Chromsomensatz ausbilden.

Damit entfiel allerdings der entscheidende Schritt der Sexualität - die Rekombination von Erbmaterial -, die Nachkommen waren mit ihren Eltern genetisch ident. Anders ausgedrückt: Diese Zellen waren nur mehr zu Sex im Leerlaufmodus imstande, letztlich hätten sie das selbe Ergebnis auch einfacher, nämlich durch schlichte Zellteilungen erreichen können (Bild oben, rechts).

Rekombination puffert Stress ab

Goddard und Kollegen überprüften nun, inwieweit das die Konkurrenzfähigkeit der Hefen beeinflusste. Unter Nahrungsarmut unterschied sich die modifizierte Kultur nicht von einer Kontrollgruppe.

Sorgten die Forscher hingegen noch für Stress auslösende Faktoren - höhere Temperaturen und osmotische Belastungen -, dann traten klare Unterschiede zutage. Unter diesen Bedingungen waren die modifizierten Hefen nur zu einer Wachstumsrate von 80 Prozent fähig, bei der Kontrollgruppe betrug diese hingegen 94 Prozent.

Kostenfrage harrt der Beantwortung

Das Team um Goddard wertet dies als direkte Bestätigung des Weismann-Effekts. Der deustche Naturforscher, der seine Hypothese erstmals in der Schrift "Die Bedeutung der sexuellen Fortpflanzung für die Selektionstheorie" aus dem Jahr 1886 formulierte, hat also ohne Zweifel Weitblick bewiesen.

"Trotzdem sind wir nach wie vor von einer endgültigen Antwort auf die Frage entfernt, warum die Sexualität so verbreitet ist", betont Rolf F. Hoekstra von der niederländischen Wageningen Universiteit in einem Begleitartikel (Nature 434, S.771). Die Hefe weise keine unterschiedlichen Geschlechter auf, daher könnten diese Befunde auch nicht die "zweifachen Kosten von Sex" bei Pflanzen und Tieren erklären.

Robert Czepel, science.ORF.at, 31.3.05




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