Invasive Arten – wenn Fische Sperma stehlen

Der Giebel ist eine der erfolgreichsten invasiven Fischarten in Europa. Insbesondere seine Fähigkeit, sich ungeschlechtlich fortzupflanzen, verschafft ihm einen erheblichen Vorteil gegenüber konkurrierenden Fischen. Ein internationales Forscherteam hat nun erstmals das vollständige Genom des Giebels beschrieben. Dies ermöglicht auch ein besseres Verständnis seiner ungewöhnlichen Fortpflanzungsmethode. Die Studie wurde von Dunja Lamac vom Institute for Research Lake Science der Universität Innsbruck geleitet In “Naturkommunikation” Truhe.

Der asiatische Giebel-Carassius gibelio, eine in Europa invasive Art, gilt als naher Verwandter des Goldfisches und konkurriert mit der vom Aussterben bedrohten einheimischen Karausche im selben Lebensraum. Doch während Goldkarpfen und Karausche sich sexuell fortpflanzen, hat der Giebel einen erheblichen evolutionären Vorteil: Weibliche Fische können sich viel Zeit bei der Partnersuche sparen.

Frauen ersparen sich die Partnersuche

Stattdessen verwenden Weibchen Spermien von männlichen Karauschen oder anderen Fischen, die ebenfalls zur Familie der Karpfen gehören. Dazu mischen sie sich mit einer Herde Karausche und lassen die Männchen ihre Eier befruchten.

Eingefangene Spermien regen das Giebelei zur Teilung an. Dann wird das Erbgut des fremden Männchens in der Eizelle ohne erneute Verwendung abgebaut. Dies wird als Parthenogenese oder jungfräuliche Geburt bezeichnet. Alle produzierten Nachkommen sind weibliche Klone eines weiblichen Giebels. Daher sind die meisten Giebelgruppen nur weiblich, Männchen sind selten anzutreffen.

„Sexuelle Fortpflanzung, also rein weiblich, ermöglicht eine schnelle Besiedelung neuer Lebensräume und verschafft invasiven Arten einen deutlichen Vorteil gegenüber ihren einheimischen Konkurrenten“, erklärt Dunga Lamach vom Institut für Meeresforschung, Mondsee, Universität Innsbruck. Ihre Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung der Mechanismen der bisexuellen Fortpflanzung in aquatischen Organismen.

Übergang zu neuen Arten

In einer von Lamash initiierten Studie konnte ich in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam das Giebel-Genom vollständig entschlüsseln. Als Ergebnis kann nun der Mechanismus hinter ihrer bisexuellen Fortpflanzung verstanden werden.

Die gesamte Erbinformation eines Organismus, das Genom, ist in verschiedene Chromosomensätze unterteilt. Tiere, die sich sexuell fortpflanzen, haben normalerweise einen doppelten (diploiden) Chromosomensatz. Zur Fortpflanzung werden die Chromosomen in den weiblichen und männlichen Keimzellen geteilt (Meiose) und ein Chromosomensatz (haploid) weitergegeben. Durch die Verschmelzung der haploiden Eizelle und des haploiden Spermiums entsteht wieder ein diploider Organismus.

Unisex-Qualität ermöglicht eine schnelle Verbreitung

Als Folge von Unfällen während der Meiose oder Kreuzung verwandter Arten werden jedoch häufig Organismen mit mehr als zwei Chromosomensätzen (Polyploidie) erzeugt. Die höheren Wirbeltiere, auf die dies zutrifft, sind nicht lebensfähig, aber Reptilien, Fische und Amphibien sind es auch. Auf diese Weise können sogar neue Arten entstehen – wie die Pflanze.

Der Giebel ist hexaploid, was bedeutet, dass er sechs Chromosomensätze enthält. Vier davon kamen durch Kreuzung nicht verwandter Fischarten zusammen – die anderen beiden wurden durch Kreuzung mit einem nahe verwandten Fisch hinzugefügt.

„Vielleicht gab es bei diesen Kreuzungen irgendwann Probleme mit der Keimzellbildung. Das könnte einer der Reize für die bisexuelle Fortpflanzung sein“, erklärt Lammach. „Bei Arten, die sich rein weiblich fortpflanzen, versagt die Meiose und die Verschmelzung von Keimzellen ist nicht mehr nötig.“

Verwandte des Goldfisches

In Kooperation mit Forschungsgruppen des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei in Berlin (IGB) und der Universität Würzburg gelang es, das Giebelgenom in einzelne Chromosomensätze aufzuteilen. Dabei wurde erstmals die vollständige Erbinformation eines hexaploiden Tieres beschrieben und alle sechs Chromosomensätze analysiert. Das Giebelgenom besteht aus 150 Chromosomen, was mehr als dreimal so viel ist wie das menschliche Genom.

Die Analysen zeigen, wie diese sechs Chromosomensätze koexistieren und zusammenarbeiten können. Die Identifizierung aller 150 Chromosomen ermöglicht es erstmals, die gesamte Genomstruktur des Nukleolus sowie seine komplexe Entstehungsgeschichte zu verstehen. Dies eröffnet viele weitere Forschungsansätze zu invasiven Fischen. (rot)

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