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Montag, 22.05.2017
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Spermien erkennen Ihresgleichen

Gruppenbildung auf dem Weg zur Eizelle hilft gegen Konkurrenz

Gemeinsam sind wir stark – das scheint auch das Motto einiger Mäusespermien zu sein. Denn bei einer promiskuitiven Art schließen sie sich auf dem Weg zur Eizelle in Gruppen zusammen – aber immer nur mit ihren engsten Verwandten, den Spermien des gleichen Männchens. Dadurch sichern sie zumindest einem von ihnen das schnellere Erreichen ihres Ziels. Diesen ersten Nachweis von Verwandtenerkennung unter männlichen Samenzellen stellen Forscherinnen jetzt in „Nature“ vor.
Peromyscus maniculatus

Peromyscus maniculatus

Dass Angehörige der gleichen Mannschaft oder der gleichen Nationalität sich in einem Rennen unterstützen, ist nichts Neues. Bei Radrennen ist diese Art von Gruppenbildung sogar die Regel. Dass aber auch Spermien in ihrem Wettrennen zum Ei ein solches Gruppenverhalten an den Tag legen, ist ungewöhnlich. Zwar hatten britische Forscher bereits 2002 entdeckt, dass die Spermien von Waldmäusen manchmal Gruppen bilden, um schneller zum Ei zu gelangen, sie konnten aber nicht feststellen, ob dies Zufall war und nach welchen Kriterien dieser Klumpen zusammengesetzt war.

Jetzt haben Forscherinnen der Harvard Universität das Geheimnis der „klumpenden“ Spermien gelüftet. Dazu untersuchten sie das Verhalten von Spermien zweier amerikanischer Mäusearten, der Küstenmaus, Peromyscus polionotus, und der Hirschmaus Peromyscus maniculatus. Obwohl nahe verwandt, unterscheiden sich beide Arten stark in ihrem Sexualverhalten: Während die Küstenmaus monogam lebt, sind die Weibchen der Hirschmaus promiskuitiv und paaren sich innerhalb weniger Minuten gleich mit mehreren Männchen.

Clusterbildung gegen „fremde“ Spermien


In ihrem Versuch setzten die Forscherinnen jeweils Spermien verschiedener Männchen jeder Art in einer Petrischale mit entsprechendem Medium zusammen und beobachteten ihr Verhalten. Es zeigte sich, dass die Spermien der promiskuitiven Art tatsächlich Gruppen bildeten, die der monogamen aber nicht. Um herauszufinden, welche Faktoren das Zusammenschließen beeinflusste, analysierten die Wissenschaftlerinnen dann, zu welchem Männchen die Spermien jeweils gehörten. Und entdeckten Erstaunliches: Die Gruppen bestanden jeweils immer nur aus Spermien jeweils eines Männchens. Spermien verschiedener Männchen dagegen bildeten keine Aggregate miteinander.


„Das Wettrennen der Spermien zum Ei ist hart, aber dies noch mehr, wenn Spermien verschiedener Männchen konkurrieren“, erklärt Heidi S. Fisher von der Harvard Universität. „In einigen Arten, in denen sich die Weibchen mit mehreren Männchen paaren, schließen sich Gruppen von Spermien zusammen, um ihre unkooperativen Konkurrenten zu überholen. Wir haben in der Küstenmaus gesehen, dass Kooperation nur zwischen engen Verwandten auftritt – Spermien des gleichen Männchens.“

Ausmanövrieren der Konkurrenz


Diese nur bei der promiskuitiven Hirschmaus beobachtete Fähigkeit zwischen verwandten und nicht-verwandten Spermien zu unterscheiden, deutet nach Ansicht der Forscherinnen darauf hin, dass es die Konkurrenz zwischen den Männchen sein könnte, die zur Entwicklung dieses Verhaltens führte. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die temporären Allianzen zwischen den Spermien nicht passiv entstehen. Stattdessen repräsentieren sie ein komplexes Unterscheidungsverhalten angetrieben durch die sexuelle Selektion“, so Hopi E. Hoekstra, Professorin für Lebenswissenschaften an der Harvard Universität.

Erkennungsfaktor noch unbekannt


Noch ist nicht klar, woran sich die Spermien gegenseitig als verwandt erkennen. Klar ist nur, dass ein Mäusespermium sogar zwischen einem „seines Männchens“ gegenüber dem des Bruders unterscheiden kann. Eine andere Forschergruppe der Harvard Universität hat unlängst bei Hefen nachgewiesen, dass diese Zellen sich anhand eines einzigen Gens erkennen. „Was auch immer der Erkennungsfaktor ist, er muss hochgradig variabel sein”, so Fisher. „Er könnte aus einem hypervariablen Protein bestehen, das auf der Außenseite des Spermienkopfes sitzt.“

Vermutlich nicht bei menschlichen Spermien


Ihre Kollegin Hoekstra ergänzt: „Die Erkenntnis das Spermien diesen Unterschied machen, deutet daraufhin, dass sie sehr viel komplexer sind als wir bisher dachten. Da mehr als 95 Prozent der Säugetiere promiskuitiv sind besteht die Möglichkeit, dass diese Fähigkeit zur Unterscheidung relativ verbreitet ist.“

Dass allerdings menschliche Spermien ähnliches Verhalten zeigen, ist eher unwahrscheinlich. Denn im Gegensatz zu den Mäusespermien ist ihre Kopfform wenig geeignet zur Gruppenbildung: „Die meisten Nagerspermien haben einen hakenförmigen Kopf, der es ihnen ermöglich, sich aneinander zu hängen“, so Fisher. „Beim Menschen ist der Spermienkopf runder, was die Clusterbildung nicht leicht macht.“
(Harvard University, 26.01.2010 - NPO)
 
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