Zürich – Gen-Qualität oder Gen-Kompatibilität? Worauf legen weibliche Fruchtfliegen bei ihrer Paarung mehr Wert? Forschende der Universität Zürich zeigen, dass beide Faktoren in unterschiedlichen Stadien des Reproduktionsprozesses von Bedeutung sind und Weibchen gezielte Strategien nutzen, um die Fitness ihres Nachwuchses zu steuern.
Reproduktionsfreudige weibliche Fruchtfliegen stehen vor einer schwierigen Entscheidung: Paaren sie sich mit dem Männchen, das die besten Gene aufweist, oder mit demjenigen, dessen Gene am besten zu den eigenen Genen passen? Dieser Frage gingen Evolutionsbiologen der Universität Zürich und der Concordia University in einer Studie nach, denn: «Die Prozesse, die der Partnerwahl zugrunde liegen, beeinflussen die Evolution männlicher Geschlechtsmerkmale und damit die Variation innerhalb einer Population – nicht nur bei Fliegen», so UZH-Professor Stefan Lüpold.
Fluoreszierende Spermien zeigen Fortpflanzungsprozess auf
Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster ist ein gängiger Modellorganismus zur Untersuchung von sexueller Selektion und Evolution. Bei dieser Art können die Weibchen auf keinerlei direkte Unterstützung von ihren Fortpflanzungspartnern zählen, weder in Sachen Nahrung, noch bei der elterlichen Fürsorge. Sie beeinflussen mit ihrer Partnerwahl jedoch die Fitness ihrer Nachkommen: etwa deren Überleben, Wachstum und Fortpflanzung.
Das Forschungsteam um Stefan Lüpold hat Fruchtfliegen-Männchen zum Wettstreit um die Gunst der Weibchen antreten lassen. Die Konkurrenten unterschieden sich einerseits in der Qualität ihrer Gene und andererseits in ihrer genetischen Kompatibilität mit dem Zielweibchen. Mithilfe von fluoreszierend markierten Spermien verfolgten die Forscher den gesamten Fortpflanzungsprozess: von den Spermien im weiblichen Genitaltrakt bis hin zu den Ergebnissen der Vaterschaft.
Vorselektion bei der Paarung, Nachjustieren bei der Spermienspeicherung
Dabei stellte sich heraus, dass beide Faktoren – die Qualität der männlichen Gene wie auch ihre Kompatibilität mit den jeweiligen weiblichen Genen – die Fortpflanzung beeinflussen. Ihre Bedeutung variiert je nach Fortpflanzungsstadium. So haben Männchen mit qualitativ hochwertigen Genen grundsätzlich bessere Chancen auf eine erfolgreiche Paarung. Weibchen paaren sich routinemässig jedoch mit mehreren Männchen und stossen nach der Paarung einen Teil der aufgenommenen Spermien wieder aus. Auf diese Weise können sie auch nach der eigentlichen Paarung beeinflussen, wessen Spermien am ehesten zur Befruchtung führen.
Dieser Spermienauswurf scheint sich zu verzögern, wenn ein Männchen eine bessere Genqualität oder eine höhere Gen-Kompatibilität mit dem Weibchen aufweist als sein Vorgänger. Die bevorzugten Spermien haben so mehr Zeit, um in die Speicherorgane zu gelangen und die dort bereits gespeicherten Spermien der Rivalen zu verdrängen. Das komplexe Zusammenspiel dieser Vorgänge wirkt sich schliesslich auf das Vaterschaftsergebnis aus.
Geschickte Kombination von Gen-Qualität und Gen-Kompatibilität
«Unsere Resultate deuten darauf hin, dass Fruchtfliegen-Weibchen in den verschiedenen Stadien des Fortpflanzungsprozesses unterschiedliche Kriterien anwenden, um das Ergebnis ihrer Paarungsaktivität zu beeinflussen», sagt Letztautor Stefan Lüpold. «Mit der Wahl ihrer Partner können sie die Gen-Qualität vorselektieren, um dann über das Ausstossen resp. das bevorzugte Speichern von Spermien sicherzustellen, dass unter diesen Männchen die kompatibelsten zum Zuge kommen. Dieses Vorgehen ermöglicht eine raffinierte Kombination beider Faktoren.» Die Studie bietet laut Lüpold neue Einblicke in die Mechanismen und Folgen der Partnerwahl: «Sie hilft uns, besser zu verstehen, wie Gene weitergegeben werden, wie die genetische Variation innerhalb von Arten erhalten bleibt und letztlich auch wie neue Arten entstehen.» (UZH/mc/ps)
Literatur:
Hayat Mahdjoub, Rassim Khelifa, Jeannine Roy, Sonja H. Sbilordo, Valérian Zeender, Jhoniel Perdigón Ferreira, Natalia Gourgoulianni, Stefan Lüpold: Interplay between male quality and male-female compatibility across episodes of sexual selection. Science Advances 9: adf5559. 29 September 2023, DOI: 10.1126/sciadv.adf5559