Was darf's sein: Männchen oder Weibchen?

6. Dezember 2014, 18:00
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Die Chromosomen, die entscheiden, ob ein Lebewesen männlich oder weiblich ist, sind im Tierreich erstaunlich vielfältig

Berkeley/Wien - Gewiss, Sex ist ein Erfolgskonzept. Die Vereinigung von genetischem Material unterschiedlicher Individuen ist eine der treibenden Kräfte der Evolution. Doch so manches im Leben wird dadurch auch schwierig. Die Geschlechtsprägung zum Beispiel ist bei den meisten Geschöpfen ein hochkomplexer physiologischer Prozess. Wie lässt sich dieser optimal steuern?

Bei den Säugern entscheiden bekanntlich die Geschlechtschromosomen X und Y darüber, ob man als Männchen oder Weibchen auf die Welt kommt. Die restlichen Erbguteinheiten werden als Autosomen bezeichnet. Ein einziger Abschnitt auf dem Y-Chromosom, das SRY-Gen, löst während der Embryonalentwicklung die ganze Hormonkaskade aus, die letztlich zur Entstehung der - biologischen - Männlichkeit führt. Bei uns Menschen geschieht dies erst ab der siebten Schwangerschaftswoche. Wenn allerdings SRY und das Y-Chromosom fehlen, verläuft die weitere Entwicklung automatisch weiblich.

Komplizierte Verhältnisse

Bei Vögeln herrschen dagegen ganz andere Verhältnisse. Die meisten von ihnen haben statt X und Y sogenannte W- und Z-Chromosome. Letztere tragen das DMRT1-Gen, das die Entwicklung männlicher Gonaden regelt. Um seine Funktion entfalten zu können, muss es in doppelter Auflage vorhanden sein. Dementsprechend sind Vögel mit zwei Z-Chromosomen männlich. Verfügt ein gefedertes Tier jedoch über zwei verschiedenartige Geschlechtschromosomen, die Kombination ZW, ist es ein Weibchen. Das W-Erbgut enthält zwei weitere Gene mit entscheidend weiblicher Wirkung. Aber nicht bei jeder Vogelart verläuft die Geschlechtsbestimmung nach diesem Muster.

Wer die DNA von den aus Australien stammenden Emus (Dromaius novaehollandiae) unters Mikroskop nimmt, findet darin keine erkennbaren Geschlechtschromosomen. Alle sehen wie Autosome aus. Sehr ungewöhnlich. Die Konzentration von geschlechtsrelevanten Genen auf speziellen Chromosomen bietet schließlich wichtige Vorteile. So können die jeweiligen Autosomen-Paare ungehindert untereinander rekombinieren, was eine weitere Durchmischung des Erbguts bewirkt und so ebenfalls die Evolution vorantreibt. Abgesehen davon haben einige geschlechtsspezifische Gene eine für das andere Geschlecht gefährliche Wirkung. Sie sollten dort am besten gar nicht vorhanden sein.

Emus haben das Problem auf eine ganze eigene Weise gelöst, wie drei Wissenschafterinnen der University of California in Berkley herausfanden. Die Laufvögel sind in der Lage, die Aktivität von einzelnen geschlechtsbestimmenden Genen ganz nach Bedarf zu steuern, sogar wenn diese in der unmittelbaren Nachbarschaft von autosomalen Sequenzen liegen, wie die Forscherinnen in der Fachzeitschrift PNAS berichteten.

Beide Geschlechter profitieren, erklärt Beatriz Vicoso, Erstautorin der Studie. "So umgehen zum Beispiel Weibchen die negativen Folgen davon, auch männlich optimierte Gene in sich zu tragen." Vicoso ist eine international anerkannte Expertin für die Erforschung von Geschlechtschromosomen. Im kommenden Jänner wechselt sie zum Institute of Science and Technology IST Austria in Maria Gugging bei Klosterneuburg.

An ihrer neuen Arbeitsstelle wird sich Beatriz Vicoso vor allem mit Insekten befassen - mit Fliegen und Mücken, um genauer zu sein. Einige Vertreter dieser unter Zoologen auch als Dipteren, Zweiflügler, bekannten Tiergruppe haben offenbar einen äußerst merkwürdigen Evolutionsprozess durchlaufen: Sie wechselten die Geschlechtschromosomen.

Taufliegen-Evolution

Vicoso ist dem Phänomen gemeinsam mit ihrer Kollegin Doris Bachtrog zuerst bei Taufliegen der Gattung Drosophila auf die Spur gekommen. Diese berühmten genetischen Modellorganismen verfügen über insgesamt acht Chromosomen, geordnet in vier Paaren. Neben den zwei Geschlechtschromosomen XX (Weibchen) oder XY (Männchen) finden sich noch zwei Paar Autosomen mit jeweils mehr als 4000 Genen, sowie die winzigen Punktchromosomen. Da Letztere nur etwa 100 Gene umfassen, scheint ihre Rolle gering zu sein. Doch das war nicht immer so.

Vicoso und Bachtrog fiel auf, dass sich die Punktchromosomen in einigen Dipterenfamilien ganz anders verhalten als bei den Taufliegen. Die Forscherinnen führten daraufhin eine vergleichende Analyse des Genoms von zwei Drosophila-Arten und anderen, aus stammesgeschichtlicher Sicht primitiveren Fliegenspezies durch. Ihr Augenmerk galt dabei Genen mit geschlechtsspezifischer Bedeutung.

Das Ergebnis bestätigte die anfänglichen Vermutungen. In den evolutionär älteren Arten entscheiden Gene auf den Punktchromosomen darüber, ob ein Individuum männlich oder weiblich wird, wie die Forscherinnen in Nature zeigen. Diese Rolle wurde bei den Taufliegen anscheinend erst vor relativ kurzer Zeit von ursprünglich als Autosomen entstandenen Genträgern übernommen - die jetzigen X- und Y-Chromosomen. Die Punktchromosomen enthalten heute anscheinend noch Spuren ihrer früheren X-Gene, das alte Y-Chromosom dagegen ist vollkommen verschwunden.

Welche biologischen Vorteile mit einem solchen Funktionswechsel möglicherweise einhergegangen sind, lässt sich zurzeit nicht klar erkennen. Aber Drosophila ist nicht allein. "So etwas ist bei den Zweiflüglern recht häufig passiert", erklärt Vicoso. Man habe inzwischen das Erbgut von mehr als 30 weiteren Dipteren-Arten untersucht, und in zehn Fällen einen ähnlichen Wandel festgestellt.

Womöglich ist der Prozess durch eine einzelne, geschlechtsprägende Mutation auf einem Autosom eingeleitet worden, oder es kam zu einer Verschmelzung zwischen dem alten Y-Chromosom und einem nichtgeschlechtsbestimmenden Gegenstück. Daraus wäre dann das heutige Männlichkeitselement entstanden. Welche Theorie zutrifft, sollen die künftigen Forschungen zeigen. (Kurt de Swaaf, DER STANDARD, 3.12.2014)


Wissen: IST Austria

Baubeginn am IST Austria war 2007. 2012 erhielt das von Tom Henzinger geleitete Institut eine Finanzierungszusage durch das Land Niederösterreich bzw. durch das Wissenschafts- und Wirtschaftsministerium und das Finanzministerium: 1,4 Milliarden von 2017 bis 2026 sind versprochen, was aber teilweise an die Einwerbung von Drittmitteln und die Erfüllung von Qualitätskriterien gebunden ist. Das dürfte kein Problem sein: Das IST Austria hat bis dato 15 ERC Grants eingeworben. (red)

  • Emus haben keine erkennbaren Geschlechtschromosomen. Sie können  geschlechtsspezifische Gene bedarfsweise ein- und ausschalten.
    foto: reuters/ina fassbender

    Emus haben keine erkennbaren Geschlechtschromosomen. Sie können geschlechtsspezifische Gene bedarfsweise ein- und ausschalten.

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