Die Jungfrauengeburt – die die Entwicklung einer unbefruchteten Eizelle beinhaltet – beschäftigt den Menschen seit Äonen. Und obwohl es bei Säugetieren nicht vorkommen kann, scheint es bei anderen Tieren mit Rückgrat (Wirbeltieren) wie Vögeln und Eidechsen möglich zu sein .
Eine kürzlich von Forschern des San Diego Zoo geleitete Veröffentlichung berichtet von zwei vaterlosen männlichen Küken, die in einem Programm aufgezogen wurden, um den kalifornischen Kondor vor dem Aussterben zu retten . Könnte die Art von einem einzigen überlebenden Weibchen wiederhergestellt werden?
Die sexuelle Fortpflanzung ist bei allen Wirbeltieren von grundlegender Bedeutung. Normalerweise muss eine Eizelle eines Weibchens durch ein Spermium eines Männchens befruchtet werden, sodass jeder Elternteil eine Kopie des Genoms beisteuert.
Ein Verstoß gegen diese Regel, wie bei den vaterlosen Kondorküken, sagt uns viel darüber, warum die sexuelle Fortpflanzung eine so gute biologische Strategie ist – und wie Sex bei allen Tieren, einschließlich des Menschen, funktioniert.
Wie die vaterlosen Küken identifiziert wurden
Der prächtige kalifornische Kondor, eine Geierart, ist der größte fliegende Vogel Nordamerikas. Im Jahr 1982 ging die Art auf eine Population von nur 22 Individuen zurück , was ein ehrgeiziges Zuchtprogramm in Gefangenschaft unter der Leitung des San Diego Zoo auslöste, dessen Zahl zu wachsen begann.
Bei so wenigen Vögeln musste das Team darauf achten, keine eng verwandten Elternteile auszuwählen, da ein Mangel an genetischer Variation weniger kräftige Nachkommen hervorbringen und das Aussterben steiler machen würde.
Um dies zu vermeiden, führten die Forscher eine detaillierte genetische Untersuchung der Vögel durch, indem sie DNA-Marker verwendeten, die für Kondore spezifisch waren und zwischen den einzelnen Vögeln variierten. Sie sammelten über 30 Jahre hinweg Federn, Blut und Eierschalen von fast 1.000 Vögeln.
Durch die Analyse dieser Daten stellten sie die Abstammung fest und bestätigten, dass die Hälfte der DNA-Marker in jedem Küken von einem Weibchen und die andere Hälfte von einem Männchen stammte, wie man es erwarten würde. Sie verfolgten weiterhin das Schicksal von Hunderten von in Gefangenschaft gezüchteten Küken in der Kolonie und nachdem sie sie in die Wildnis entlassen hatten.
Aber es gab etwas Ungewöhnliches an zwei männlichen Küken, wie in der kürzlich erschienenen Zeitung beschrieben. Diese Küken, die mehrere Jahre außerhalb der von verschiedenen Weibchen gelegten Eier schlüpften, hatten DNA-Marker, die alle vom weiblichen Elternteil stammten. Es gab keine Spur von Markern von dem Mann, mit dem sie gepaart worden war.
Jungfräuliche Geburt
Die Entwicklung unbefruchteter Eier wird "Parthenogenese" genannt (von griechischen Wörtern, die wörtlich "jungfräuliche Schöpfung" bedeuten). Es ist bei Insekten und anderen wirbellosen Tieren wie Blattläusen und Seesternen weit verbreitet und kann durch verschiedene Mechanismen erreicht werden. Aber bei Wirbeltieren ist es sehr selten .
Es gibt Berichte über Parthenogenese bei Fischen und Reptilien, die ohne Männchen gehalten wurden. In Tennessee gab ein einsamer weiblicher Komodowaran, der viele Jahre in Gefangenschaft gehalten wurde, die Suche nach einem Partner auf und brachte allein drei lebensfähige Nachkommen zur Welt. Ebenso eine weibliche Python und eine Boa , obwohl diese parthenogenen Nachkommen alle früh starben.
Einige Echsen haben jedoch die Parthenogenese als Lebensweise angenommen. In Australien und den USA gibt es nur weibliche Arten, bei denen die Weibchen Eier legen, die nur Kombinationen ihrer eigenen Gene tragen.
Parthenogenese tritt auch bei domestizierten Hühnern und Puten auf, die in Abwesenheit eines Männchens aufgezogen werden, aber der Embryo stirbt normalerweise. Es gibt nur wenige Berichte über vaterlose männliche Truthähne, die das Erwachsenenalter erreichten, und nur ein oder zwei, die Spermien produzierten.
Wie geschieht es?
Bei Vögeln resultiert die Parthenogenese immer aus einer Eizelle, die eine einzige Kopie des Genoms (haploid) trägt. Eier werden im Eierstock eines Weibchens durch eine spezielle Zellteilung namens Meiose gebildet, die das Genom durchmischt und auch die Chromosomenzahl halbiert. Samenzellen werden nach dem gleichen Verfahren im Hoden eines Mannes hergestellt.
Normalerweise verschmelzen eine Eizelle und eine Samenzelle (Befruchtung), wobei das Genom beider Elternteile inkorporiert wird und die übliche (diploide) Chromosomenzahl wiederhergestellt wird.
Bei der Parthenogenese wird die Eizelle jedoch nicht befruchtet. Stattdessen erreicht es einen diploiden Zustand, indem es entweder mit einer anderen Zelle aus derselben Teilung verschmilzt – die normalerweise über Bord geworfen wird – oder indem es sein Genom repliziert, ohne dass die Zelle geteilt wird.
Anstatt also ein Genom von der Mutter und ein anderes vom Vater zu erhalten, enthält die resultierende Eizelle nur eine Teilmenge der Gene der Mutter in einer doppelten Dosis.
Vaterlose Vögel werden immer männlich sein
Kondore bestimmen wie andere Vögel das Geschlecht durch Z- und W-Geschlechtschromosomen. Diese funktionieren entgegengesetzt zum menschlichen XX (weiblich) und XY (männlich) System, bei dem das SRY-Gen auf dem Y-Chromosom die Männlichkeit bestimmt .
Bei Vögeln sind jedoch Männchen ZZ und Weibchen ZW. Das Geschlecht wird durch die Dosierung eines Gens (DMRT1) auf dem Z-Chromosom bestimmt. Die ZZ-Kombination hat zwei Kopien des DMRT1-Gens und ergibt ein Männchen, während die ZW-Kombination nur eine Kopie hat und ein Weibchen ergibt.
Haploide Eizellen erhalten von der ZW-Mutter entweder ein Z oder ein W. Ihre diploiden Derivate werden daher ZZ (normal männlich) oder WW (tot) sein. Der Grund, warum sich WW-Embryonen nicht entwickeln können, ist, dass das W-Chromosom kaum Gene enthält, während das Z-Chromosom 900 Gene hat, die für die Entwicklung lebenswichtig sind.
Vaterlose Küken müssen daher, wie beobachtet wurde, ZZ-Männchen sein.
Warum die Jungfrauengeburt scheitert
Ist es möglich, dass eine vom Aussterben bedrohte Vogelart wie der Kondor von einem einsamen weiblichen Überlebenden wiederbelebt wird, indem ein vaterloses männliches Küken ausgebrütet und damit gebrütet wird?
Nicht ganz. Es stellt sich heraus, dass Parthenogene (vaterlose Tiere) nicht so gut abschneiden. Keiner der beiden vaterlosen Kondore brachte eigene Nachkommen hervor. Einer starb, bevor er die Geschlechtsreife erreichte, und der andere war schwach und unterwürfig – was es zu einer schlechten Aussicht auf Vaterschaft machte.
Bei Hühnern und Puten produziert die Parthenogenese entweder tote Embryonen oder schwache Schlüpflinge. Sogar Eidechsenarten, die nur weiblich sind, obwohl sie robust erscheinen, sind im Allgemeinen das Produkt einer kürzlichen Vermischung zweier Arten, die die Meiose durcheinander brachte und ihnen keine andere Wahl ließ. Diese Arten scheinen nicht lange zu überleben.
Warum schneiden Parthenogene so schlecht ab? Die Antwort trifft den Kern einer grundlegenden biologischen Frage. Das heißt: Warum haben wir überhaupt Sex? Man könnte meinen, es wäre effizienter, das Genom der Mutter einfach an ihre klonalen Nachkommen weiterzugeben, ohne sich um die Meiose zu kümmern.
Abwechslung ist der Schlüssel
Aber die Beweise besagen, dass es nicht gesund ist, ein Genom zu haben, das ausschließlich aus den Genen der Mutter besteht. Genetische Variation ist für die Gesundheit eines Individuums und seiner Art von entscheidender Bedeutung. Das Mischen der Genvarianten von männlichen und weiblichen Eltern ist von entscheidender Bedeutung.
Bei diploiden Nachkommen mit zwei elterlichen Genomen können gute Varianten Mutanten decken. Personen, die Gene nur von der Mutter erben, können zwei Kopien eines mutierten Gens der Mutter haben, das sie schwächt – ohne eine gesunde Version von einem männlichen Elternteil zum Ausgleich.
Variation trägt auch dazu bei, die Bevölkerung vor tödlichen Viren, Bakterien und Parasiten zu schützen. Meiose und Befruchtung sorgen für viele Umlagerungen verschiedener Genvarianten, die Krankheitserreger verblüffen können. Ohne diesen zusätzlichen Schutz könnten Krankheitserreger in einer Population von Klonen Amok laufen, und eine genetisch ähnliche Population würde keine resistenten Tiere enthalten.
Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Fähigkeit von Kondor-Weibchen, Küken ohne Vater auszubrüten, die Art retten wird. Auf der positiven Seite haben menschliche Bemühungen nun dazu geführt, dass Hunderte von Frauen – und Männern – über den kalifornischen Himmel fliegen.
Jenny Graves ist angesehene Professorin für Genetik und Vizekanzler-Stipendiatin an der La Trobe University in Melbourne, Australien.
Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Den Originalartikel finden Sie hier.
