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Die Sex-Verweigerer

Das Rätsel der asexuellen Bdelloid-Rädertierchen

Es gibt eine Tiergruppe, die der Dominanz des Sex in der Natur zu trotzen scheint: Rädertierchen aus der Ordnung der Bdelloidea. Diese winzigen Wassertiere leben in nahezu jedem Teich oder See und ernähren sich, indem sie organisches Material über ihr mit Cilien besetztes Räderorgan in ihren Mund strudeln. Schon seit rund 40 Millionen Jahren gibt es bei diesen Tieren aber weder Männchen noch Sex. Die Bdelloidea vermehren sich ausschließlich asexuell.

Bdelloidea-Rädertierchen
Rädertierchen aus der Gruppe der Bdelloidea vermehren sich seit Jahrmillionen asexuell. © Damian H. Zanette/ gemeinfrei

Doppeltes Rätsel

Dies ist aus gleich zwei Gründen äußerst ungewöhnlich: Zum einen gibt es von diesen Rädertierchen mehr als 360 verschiedene Arten. Wie aber konnten diese entstehen, wenn jede Genration aus genetisch identischen Klonen ihrer Muttertiere besteht? Normalerweise gilt die Rekombination der elterlichen Gene als die Haupttriebkraft für die Entstehung neuer Merkmale und damit auch der Artbildung.

Zum anderen aber stellt sich die Frage, wie die Bdelloidea es geschafft haben, Mullers Ratsche zu entgehen – der Anreicherung schädlicher Mutationen im Laufe der Zeit. Als rein asexuelle Tiergruppe fehlt ihnen die Möglichkeit, diese Genveränderungen durch die genetische Rekombination loszuwerden. Im Prinzip widersprechen diese Rädertierchen damit gleich mehreren Hypothesen zur Notwendigkeit der sexuellen Fortpflanzung.

Horizontaler Gentransfer statt Sex

Eine Lösung dieser Rätsel entdeckten Irina Arkhipova und Matthew Meselson von der Harvard University schon vor rund 15 Jahren, als sie das Erbgut dieser Rädertierchen analysierten: „Im Genom der Rädertierchen fanden wir viele Gene, die aus Bakterien, Pilzen und Pflanzen zu stammen schienen“, berichten sie. „Es ist faszinierend, dass die Bdelloiden fremde Gene rekrutieren können, die aus so unterschiedlichen Quellen stammen, und dass sie diese dann in ihrer neuen Umgebung in Funktion nehmen.“ Immerhin rund zehn Prozent des Bdelloidea-Erbguts erwies sich als artfremd.

Nähere Untersuchungen bestätigten dann, dass die Rädertierchen die Fähigkeit zum horizontalen Gentransfer besitzen: Sie können Gene mit anderen Organismen und auch Individuen ihrer eigenen Spezies austauschen, ohne dafür Sex zu benötigen. „Bdelloiden haben die Fähigkeit, den gesamten Genpool ihrer Umgebung anzuzapfen“, sagt Arkhipova. „Das könnte ihnen helfen, sich in neue ökologische Nischen zu verbreiten und so zu ihrer Artbildung beitragen.“

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DNA-Reparatur als Schlüssel

Wie aber schaffen es die Bdelloidea, fremde Gene aus der Umwelt aufzunehmen und voll in ihr Genom zu integrieren? Bisher galt der horizontale Gentransfer als Domäne vor allem einzelliger Organismen. Wie dies den mehrzelligen Rädertierchen gelingt, untersuchen Karine Van Doninck der Universität Namur in Belgien und ihre Kollegen schon seit einigen Jahren. Dabei sind sie auf eine vielversprechende Spur gestoßen.

Bdelloid-Rädertierchen sind schon länger dafür bekannt, dass sie bei der Austrocknung ihres Gewässers extrem robuste Überdauerungsstadien bilden. In diesem Ruhezustand können ihnen weder Wassermangel, noch Hitze oder harte Strahlung viel anhaben. Wie Van Doninck und ihr Team herausfanden, liegt das Geheimnis dieser Widerstandsfähigkeit im Erbgut der Tiere: Bei Austrocknung zerfällt ihre DNA in unzählige Fragmente – im Prinzip wäre dies ein Todesurteil für jeden Organismus.

Nicht so bei den Rädertierchen: Wenn sie nach einem Regen wieder zum Leben erwachen, sorgen ungewöhnlich effektive Reparaturmechanismen dafür, dass die DNA-Brüche behoben und die Genfragmente wieder zusammengesetzt werden. Dabei kommt es manchmal zu einer Umsortierung von Genabschnitten und auch Fremdgene aus der Umwelt können in diesem Prozess „versehentlich“ eingebaut werden. Van Doninck vermutet daher, dass dieser Prozess der Schlüssel zum horizontalen Gentransfer der Bdelloiden sein könnte.

Ausnahme bestätigt die Regel

Zusammengenommen könnte dies erklären, wie diese Rädertierchen es geschafft haben, mehr als 40 Millionen Jahre ohne Sex zu überleben: Sie haben die genetische Rekombination der geschlechtlichen Vermehrung durch den direkten Austausch von Genen mit Artgenossen und ihrer Umwelt ersetzt. Damit umgehen die kleinen Wasserbewohner die Nachteile der asexuellen Reproduktion, profitieren aber von ihren Vorteilen – eine geniale Lösung der Natur.

 

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Warum gibt es Sex?
Einem biologischen Rätsel auf der Spur

Die Erfindung des Sex
Der Siegeszug der geschlechtlichen Vermehrung

Rekombination ist Trumpf
…oder doch nicht?

Die Rote Königin
Sex als Hilfe gegen Parasiten und Erreger

Mullers Ratsche
Sex zur Elimination von Mutationen?

Die Sex-Verweigerer
Das Rätsel der asexuellen Bdelloid-Rädertierchen

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