Sex erhöht Überlebenschance einer Art

Überwindung schädlicher DNA erst durch Neukombination

Fruchtfliegen bei Paarung: hohe Kosten, viele Vorteile (Foto: Flickr/Chapman)

Edinburgh/Zürich (pte004/11.04.2012/06:15) Paarungsrituale sind meist enorm kostspielig - für Menschen, jedoch auch für Tiere und Pflanzen. Warum die Natur dennoch bei den meisten Arten diesen beschwerlichen "Umweg" der sexuellen Fortpflanzung setzt, ist bislang noch immer nicht eindeutig geklärt. Einen experimentellen Hinweis für langfristige Vorteile von Sex liefern nun Wissenschaftler der Universität Edinburgh http://ed.ac.uk in der Zeitschrift "Genome Biology and Evolution". Das Ergebnis soll laut den Studienautoren die Entwicklung von Hochertrags-Getreidesorten unterstützen.

Vorteil gegenüber Klonung

Die britischen Forscher um Penelope R. Haddrill nahmen die sexuelle Reproduktion von Fruchtfliegen (Drosphila melanogaster) unter die Lupe - genauer gesagt, die zufällige Neuverteilung der DNA im Moment der Kombination der Geninformation der beiden Elternteile, bei der das neue Individuum entsteht. Die Ergebnisse verglich man mit der per Gensequenzierung beobachteten Beeinträchtigung von Fliegen, die geklont wurden, wobei sich deren Erbgut nicht neu kombiniert hatte.

Schädliche Elemente der DNA, die eine Krankheit oder andere mögliche negative Einflüsse mit sich bringen könnten, werden binnen weniger Generationen ausgemerzt, so das Ergebnis der Neukombination des Genmaterials durch sexuelle Vermehrung. Die Erklärung der Forscher: Individuen, die gesunde Gene erben, gedeihen meist und geben ihre DNA dann auch an die nächste Generation weiter - während schwächere eher zugrunde gehen. Letzteres war bei der Klon-Variante vermehrt der Fall: Schadhaftes Material sammelte sich hier schnell an und schwächte dadurch die Art langfristig.

Schwächung von Schadmutationen

Schon 2006 haben Forscher in der Fachzeitschrift "Nature" die These einer "negative Epistasis" aufgestellt: Die negative Wirkung mehrerer Mutationen, die durch Gen-Renkombination zusammentreffen, sei schädlicher als die Kombination der Einzeleffekte. Damals analysierte man mit Computermodellen Bedingungen, unter denen sexuelle Vermehrung zur Eliminierung schädlicher Mutationen beitragen. Die sexuelle Fortpflanzung steigert demnach die Widerstandskraft gegenüber den Mutationen im Vergleich zur asexuellen Variante.

"Es gab in den vergangenen Jahren zahlreiche Fortschritte in der Theorie und in den Experimenten. Dennoch ist das letzte Wort in der Frage nach dem Ursprung von Sex noch nicht gesprochen", betont Sebastian Bonhoeffer vom Institut für Integrative Biologie der ETH Zürich http://www.tb.ethz.ch gegenüber pressetext. Laut jüngsten Daten sei es allerdings kaum wahrscheinlich, dass die "negative Epistasis" als Erklärungsprinzip bereits ausreiche.

Rettender Zufall

Vielmehr stützen aktuelle Fortschritte des Faches die Begründung, dass der evolutionäre Vorteil von Sex auf dem Zusammenspiel von Selektion und "stochastischen Effekten" beruht. Diese spielen, wie Bonhoeffer darlegt, eine besonders große Rolle in kleinen Populationen. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Effizienz, mit der durch sexuelle Reproduktion schädliche Mutationen aus dem Genom eliminiert werden können.

"Zufällige Veränderungen der Genfrequenz - die so genannte 'genetischen Drift' - im Zusammenspiel mit der Selektion führen zu statistischen Assoziationen zwischen schädlichen Mutationen. Diese werden dann durch sexuelle Vermehrung mit Vorteil aufgebrochen. Jüngste Forschungen zeigen, dass dieser Effekt auch in wesentlich groessren Populationen zutrifft als man bisher vermutet hat", so der Forscher.

Abstract der Studie unter http://gbe.oxfordjournals.org/content/4/3/278.abstract?sid=053974ef-a343-42cb-9f79-48207a61430d

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