Eizelle sucht Spermium

Männliche Stichlinge wählen ihre Paarungspartner sorgfältig aus. Trotzdem können die Fische nicht immer sicherstellen, dass ihre Nachkommen die besten Immungene erhalten. MPI f. Evolutionsbiologie/ M. Schwarz

Durch eine geschickte Partnerwahl können Tiere den zukünftigen Erfolg ihrer Nachkommen erhöhen. Bei einigen Arten ist diese selbst nach dem Geschlechtsakt noch nicht zu Ende: Forscher des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön haben an Stichlingen herausgefunden, dass die Eizellen der Fische über die Befruchtung mitentscheiden.

Eine Ansammlung von Genen im Erbgut der männlichen Keimzellen bestimmt dabei, welches Spermium in die Eizelle eingelassen wird. Da sich Wirbeltiere in ihrem Immunsystem einschließlich des fraglichen Genkomplexes sehr ähnlich sind, vermuten die Forscher, dass auch Eizellen anderer Wirbeltiere – vielleicht sogar die des Menschen – ihre Befruchtung steuern können.

Es sind nicht nur immer die offensichtlichen Eigenschaften eines Organismus wie Größe, Schnelligkeit oder Kraft, die das Überleben eines Individuums bestimmen. Ohne ein schlagkräftiges Immunsystem kann kein Tier lange überleben, geschweige denn für Nachkommen sorgen.

Da jeweils die Hälfte der Immungene der beiden Eltern kombiniert an die Nachkommen weitergegeben werden, zahlt es sich aus, einen Geschlechtspartner auszuwählen, der die eigenen Immungene am besten ergänzt.

Doch woran lässt sich ein Partner mit dem richtigen Immunsystem erkennen? Viele Wirbeltiere können die körpereigene Abwehr eines Artgenossen riechen. Selbst der Mensch hat diese Fähigkeit: An der Universität Bern hat Manfred Milinski, der später am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön forschte, schon vor Jahren entdeckt, dass Frauen den Geruch von Männern als attraktiver empfinden, deren Immunsystem ihr eigenes möglichst gut ergänzt.

Entscheidend sind dabei die Gene des sogenannten „Major Histocompatibility Complexes (MHC)“, eine Ansammlung aus äußerst variablen Immungenen auf Chromosom 6.

„Wir haben schon vor einiger Zeit herausgefunden, wie sich der Genkomplex auf den Körpergeruch eines Menschen auswirkt und unser körpereigenes Parfüm identifiziert. Bei unserer Partnerwahl spielt dies eine wichtige Rolle“, erklärt Milinski. „Mit solchen zu den eigenen Genen komplementären Immungenen ist das Immunsystem des Nachwuchses besonders breit aufgestellt und kann eine Vielzahl von Erregern abwehren.“

Trügerische Partnerwahl

Strenggenommen stimmt diese Erklärung jedoch nur in jedem zweiten Fall. So besitzt jeder Mensch und die meisten Tiere von jedem einzelnen Gen zwei – oft unterschiedliche – Exemplare. Eine Ei- oder Spermazelle erhält jeweils nur eine der beiden Genvarianten. Manche der Zellen haben also Immungen-Varianten, die besser zueinander passen als andere.

Bei einer Befruchtung kann eine Eizelle folglich ausgerechnet mit einem Spermium verschmelzen, das eine schlechter passende MHC-Variante mitbekommen hat – trotz vorheriger Partnerwahl und vermeintlich passenden Immungenen.

Das Ei – nicht die Frau – müsste folglich seinen eigenen Partner wählen, nämlich das Spermium mit der komplementären MHC-Variante. Dem Forscherteam aus Plön zufolge tun Eizellen von Stichlingen genau dies. Die Wissenschaftler haben Eizellen Spermien mit unterschiedlichen MHC-Varianten präsentiert und beobachtet, welche der männlichen Keimzellen zum Zuge kommen.

„Unsere Experimente zeigen, dass die Spermien die höchste Befruchtungschance haben, deren MHC sich zwar von dem des Eis unterscheidet, aber trotzdem noch gewisse Ähnlichkeiten aufweist“, erklärt Tobias Lenz, der die Forschungsgruppe Evolutionäre Immungenomik am Plöner Max-Planck-Institut leitet.

Die Ergebnisse liegen damit im Einklang mit früheren Untersuchungen, denen zufolge es für die Immunabwehr optimal ist, wenn zwei Keimzellen mit mittelstarken Unterschieden im MHC verschmelzen. Zu große Unterschiede sind dagegen offenbar kontraproduktiv: „Spermien mit nur leicht verschiedenen MHC-Varianten werden von der Eizelle eher akzeptiert als Spermien mit völlig unterschiedlichen Immungenen“, so Lenz.

Selektion nach der Paarung

Wie das Ei die Spermien auswählt, wissen die Forscher noch nicht. „Unsere Versuche zeigen, dass auch nach dem Paarungsakt noch Selektion stattfindet. Da sich am Geruch nicht ablesen lässt, welche Immungenvarianten letztlich zum Zuge kommen, ist die Auswahl durch die Eizellen eine äußerst wichtige Ergänzung zur Partnerwahl.

Die Nachkommen sind dadurch widerstandsfähiger gegen Krankheitserreger und haben so einen evolutionären Vorteil“, sagt Milinski. Außerdem können Eizellen so eine Befruchtung durch Spermien unerwünschter Männchen vermeiden.

Solche Trittbrettfahrer sind zwar bei Fischen mit ihrer schlecht kontrollierbaren äußeren Befruchtung ein besonders latentes Problem. Da aber die Auswahl der richtigen Immungene auch in der Evolution des Menschen entscheidend war, wäre es möglich, dass auch beim Menschen die Eizellen mitentscheiden, von welchem Spermium sie befruchtet werden.

Dr. Tobias Lenz
Emmy Noether Gruppe für Evolutionäre Immungenomik
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön
+49 4522 763-228
lenz@evolbio.mpg.de

Prof. Dr. Manfred Milinski
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön
+49 4522 763-254
milinski@evolbio.mpg.de

Tobias L. Lenz, Nina Hafer, Irene E. Samonte, Sarah E. Yeates & Manfred Milinski
Cryptic haplotype-specific gamete selection yields offspring with optimal MHC immune genes.
Evolution; 24. September 2018

https://www.mpg.de/12299006/eizelle-partnerwahl?c=2191 Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft

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Dr. Harald Rösch Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

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