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Vielfältige Spermienevolution bei Plattwürmern

11.01.2011
Spermien haben während der Evolution verschiedene Formen ausgebildet, mit denen sie sich optimal an das Paarungsverhalten und auf den sich daraus ergebenden Weg zur Eizelle angepasst haben. Dies berichten Forschende aus der Schweiz, England und Japan in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift «PNAS» für eine Gruppe von Plattwürmern. Mit dieser Studie wird die verblüffende Diversität der Spermien besser verständlich.

Klein und unscheinbar, sind Spermien die wohl diversesten aller Zelltypen. Und dies, obwohl sie meist nur kurz leben und ihnen die scheinbar einfache Aufgabe zukommt, eine Eizelle zu finden und zu befruchten. Hindernisse und Konkurrenz auf dem Weg zum Ei erschweren ihnen allerdings das Leben. Dazu kommt, dass sie an ihrem Ziel nicht immer willkommen sind.


Ein sich reziprok verpaarendes Pärchen der freilebenden Plattwurm-Art Macrostomum lignano.
Foto: Lukas Schärer

Wenn sich ein Weibchen mit mehreren Männchen paart, entsteht unter den Spermien ein Wettstreit, bei dem jene im Vorteil sind, die zum Beispiel flinker unterwegs oder schlicht in der Überzahl sind. Oft baut das Weibchen zudem Schikanen ein, damit nur fitte Spermien zur Befruchtung gelangen. Schliesslich kann es sein, dass ein Weibchen von einem der Begatter gar keine Spermien erhalten wollte und sich auch nach der Paarung noch gegen dessen Spermien entscheiden möchte. Die unterschiedlichen Interessen der Partner führen zu sexuellen Konflikten und resultieren in einem koevolutionären Wettkampf, bei dem es darum geht, wer die Kontrolle über die übertragenen Spermien behält.

Bei Simultanzwittern wie den Plattwürmern und vielen Schnecken, die gleichzeitig männlich und weiblich sind, stellt man sich diese Konflikte womöglich schwächer vor. Jedoch gibt es Gründe anzunehmen, dass bei Zwittern beide Partner oft eine Präferenz für die männliche Geschlechterrolle haben. Was sollen also Zwitter tun, die sich fortpflanzen möchten?

Zwei Szenarien
Eine von zwei Lösungen ist, sich wechselseitig zu paaren, d.h. bei jeder Paarung sowohl die männliche wie die weibliche Rolle auszuüben, und sich erst nachher darum zu kümmern, wie man unerwünschte Spermien wieder los wird. Dieses Szenario beobachtete ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Lukas Schärer vom Zoologischen Institut der Universität Basel bei einer Art der Plattwurmgattung Macrostomum. Diese Würmer scheinen nach der gegenseitigen Paarung die empfangenen Spermien mit dem Mund wieder aus der eigenen weiblichen Geschlechtsöffnung herauszusaugen. Da der Samenspender aber kein Interesse daran hat, dass dies gelingt, haben seine Spermien zwei Widerhaken, welche vermutlich dieses Heraussaugen erschweren.

Die zweite, ganz andere Lösung besteht darin, dem Partner ohne sein Einverständnis eine Ladung Spermien zu übertragen, während man selber versucht, keine abzubekommen. Dieses Szenario ist bei einer anderen Macrostomum-Art verwirklicht, bei der das Kopulationsorgan einer Injektionsnadel gleicht. Damit injizieren die Würmer ihre Spermien direkt unter die Haut des Partners, wo sie durchs Gewebe zur Eizelle kriechen. Widerhaken wären dabei wohl eher hinderlich, und so fehlen sie bei dieser Art denn auch.

Die artenreiche Gattung Macrostomum erlaubt, aussagekräftige vergleichende Studien durchzuführen, und die Forschenden konnten zeigen, dass viele Arten morphologisch klar in das eine oder andere Szenario fallen. Aufgrund von molekulargenetischen Verwandschaftsanalysen, die mit Wissenschaftlern des Naturhistorischen Museums in London und der japanischen Hirosaki-Universität erarbeitet wurden, konnten sie belegen, dass die Besamung unter die Haut zweimal unabhängig entstanden ist und zu einer erstaunlichen Ähnlichkeit in der morphologischen Ausprägung der Geschlechtsorgane und der Spermien dieser nur entfernt verwandten Arten geführt hat. Dies lässt interessante Schlüsse über die Faktoren zu, welche die Evolution der Spermien bestimmen.

Originalbeitrag
Lukas Schärer, D. Timothy J. Littlewood, Andrea Waeschenbach, Wataru Yoshida, and Dita B. Vizoso
Mating Behavior and the Evolution of Sperm Design
PNAS published ahead of print January 10, 2011 | doi: 10.1073/pnas.1013892108
Weitere Auskünfte
Dr. Lukas Schärer, Universität Basel, Zoologisches Institut, E-Mail: lukas.scharer@unibas.ch

Reto Caluori | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch
http://www.pnas.org/content/early/2011/01/05/1013892108.abstract
http://evolution.unibas.ch/scharer/research/press/PNAS_press_materials/PNAS_press_materials.html

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