Krötenart mit drei Chromosomensätzen vermehrt sich geschlechtlich

– Bislang einzigartig unter den Wirbeltieren –

Eine Krötenart aus Pakistan überrascht die Zoologen: Sie besitzt einen dreifachen Chromosomensatz, kann sich aber trotzdem geschlechtlich fortpflanzen. Bislang sind keine anderen Wirbeltiere bekannt, die dieses Kunststück fertigbringen. Wissenschaftler vom Biozentrum der Uni Würzburg sowie von den Universitäten Halle-Wittenberg und Bochum stellen die exotischen Tiere in der kommenden Ausgabe der Zeitschrift „Nature Genetics“ vor.

Fast alle Wirbeltiere besitzen zwei Chromosomensätze: Einer stammt aus dem Spermium des Vaters, der andere aus der Eizelle der Mutter. Abweichungen von dieser Regel sind unter Wirbeltieren sehr selten und meist mit Beeinträchtigungen verbunden.

Wie empfindlich der Mensch schon auf eine geringe Veränderung der Chromosomenzahl reagiert, macht zum Beispiel das Down-Syndrom deutlich: Liegen allein vom Chromosom 21 drei statt zwei Exemplare vor, dann sind die Betroffenen behindert, ihre Lebensqualität und -erwartung sind eingeschränkt.

Unter den Wirbeltieren gibt es nur ganz selten Organismen mit drei Chromosomensätzen. Bisher glaubte man, dass solche Tiere sich entweder gar nicht oder zumindest nicht miteinander geschlechtlich fortpflanzen können.

Der Grund: Bei der Produktion von Ei- und Samenzellen wird normalerweise der doppelte Chromosomensatz halbiert. Anschließend werden die einzelnen Chromosomen nach dem Zufallsprinzip auf die Keimzellen verteilt. Wenn aber eine ungerade Zahl von Chromosomensätzen vorliegt, kommt es bei der Aufteilung zu Fehlern. Bei Wirbeltieren führt das in den meisten bislang bekannten Fällen zur Unfruchtbarkeit.

Davon gibt es nur wenige Ausnahmen, zum Beispiel die rein weiblichen Arten, die im Verlauf der Evolution entstanden sind: Bestimmte Eidechsen vermehren sich ungeschlechtlich, indem sie alle drei Chromosomensätze an ihre Töchter weitergeben. Mit diesen sind sie dann genetisch identisch.

Die Batura-Kröten (Bufo pseudoraddei baturae) aus Pakistan lösen ihr „dreifaches Problem“ so: Die Männchen eliminieren einen Chromosomensatz und produzieren aus den übrigen beiden auf normalem Wege Spermien mit einem Satz Chromosomen. Die Weibchen sind dagegen in der Lage, einen ihrer drei Chromosomensätze separat zu verdoppeln. Auf diese Weise erreichen sie eine vierfache Ausstattung und erzeugen dann Eier mit zwei Chromosomensätzen. So entstehen Nachkommen, deren Erbgut zu zwei Dritteln von der Mutter und zu einem Drittel vom Vater stammt.

Der Entdecker der Batura-Kröten ist der Zoologe Dr. Matthias Stöck aus Halle. Im Verlauf seiner Doktorarbeit unternahm er viele Exkursionen nach Zentralasien, um dort die Verwandtschaft der in Deutschland heimischen Wechselkröte (Bufo viridis) zu erforschen. Im Karakorumgebirge im Norden Pakistans stieß er auf die dreifach mit Chromosomen bestückten Tiere. In den folgenden Jahren untersuchte Stöck dann mit Fachkollegen die Mechanismen, mit denen diese Kröten stabile Populationen aufrecht erhalten.

Mit Prof. Dr. Manfred Schartl und den Biologinnen Dr. Dunja K. Lamatsch und Dr. Kathrin P. Lampert vom Würzburger Lehrstuhl für Physiologische Chemie I untersuchte Dr. Stöck mittels molekularer Methoden die Vererbungsmuster. Methodische Unterstützung hierbei gewährte Prof. Dr. Jörg T. Epplen von der Uni Bochum.

Mit Prof. Dr. Michael Schmid und Claus Steinlein vom Würzburger Institut für Humangenetik, beides Experten für die Genetik von Amphibien, sowie mit Prof. Dr. Ulrich Scheer und Dr. Robert Hock vom Lehrstuhl für Zoologie I am Würzburger Biozentrum wurden die Chromosomen der Männchen und Weibchen dargestellt und der DNA-Gehalt von Körperzellkernen bestimmt. Den DNA-Gehalt der Zellkerne bei der Bildung von Spermien ermittelte Stöck mit Dr. Thomas Klapperstück von der Universitätshautklinik in Halle mit Methoden der Tumordiagnostik.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Manfred Schartl, T (0931) 888-4149, oder Prof. Dr. Michael Schmid, T (0931) 888-4077, E-Mail: 
schartl@biozentrum.uni-wuerzburg.de 
schmid@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Stöck, M., D. K. Lamatsch, C. Steinlein, J. T. Epplen, W.-R. Grosse, R. Hock, T. Klapperstück, K. P. Lampert, U. Scheer, M. Schmid & M. Schartl (2002): „A bisexually reproducing all-triploid vertebrate“, Nature Genetics 30, März 2002.