Warum gibt es Sex?

Sie ist eines der großen Mysterien der Biologie: die sexuelle Fortpflanzung. Sie kostet Energie und ist deutlich weniger effektiv als die asexuelle Vermehrung. Warum aber gibt es sie trotzdem? Das berichten Wissenschaftler jetzt in „Nature“: Sie haben neue Belege dafür gefunden, dass die sexuelle Fortpflanzung sich besser dazu eignet, schädliche Mutationen zu eliminieren.

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Die Evolution fördert die Organismen, die an ihre jeweilige Umwelt am besten angepasst sind. Vorteilhaft ist zudem ein möglichst geringer Energieverbrauch, denn für mehr Energie muss auch mehr Nahrung herangeschafft werden sowie die Fähigkeit, möglichst viele erfolgreiche Nachkommen zu hinterlassen. Doch genau hier erweist sich die sexuelle Fortpflanzung auf den ersten Blick als reichlich ineffektiv: Sie erfordert ein Sich-Finden zweier Partner und damit Energieaufwand. Und dann produziert auch nur einer der beiden die Nachkommen, die dann jeweils die Hälfte ihre Erbguts vom Vater bzw. der Mutter bekommen.

Vorteile für ungeschlechtliche Vermehrung

Demgegenüber ist die ungeschlechtliche Vermehrung geradezu bestrickend einfach: Durch Zellteilung, Knospung oder Parthenogenese kann hier jeder Organismus völlig unabhängig von den anderen Kopien seiner selbst erstellen – ohne aufreibende Partnersuche und mit 100 Prozent eigener DNA. Warum also ist trotzdem die sexuelle Vermehrung vorherrschend? Die Antwort der Wissenschaftler ist klar: Sie muss einen bisher noch nicht eindeutig belegbaren evolutiven Vorteil besitzen.

Eine der lange Zeit gängigen Theorien geht davon aus, dass durch die ständige Neukombination von Genen durch die Verschmelzung von Ei- und Samenzellen positive Mutationen sich schneller in der Population ausbreiten können – und damit mehr Individuen von deren Vorteilen profitieren können. Dies allerdings ist nur so lange vorteilhaft, wie die Mutation auch gutartig ist – und dies ist extrem selten. Viel häufiger sind schädliche Mutationen, der Verbreitung eher nachteilig ist.

Schädliche Mutationen „kürzen sich raus“

Jetzt haben der Forscher Ricardo B. R. Azevedo, seine Kollegin Christina L. Burch und weitere Wissenschaftler der Universität von North Carolina in Chapel Hill sich dem Problem über einen neuen Ansatz genähert: Mithilfe von Computermodellen analysierten sie die Bedingungen, unter denen die sexuelle Vermehrung dazu beitragen könnte, schädliche Mutationen nicht zu verbreiten, sondern sie sogar zu eliminieren.

Eine Möglichkeit dafür ist die so genannte negative Epistasis. Sie geht davon aus, dass die negativen Wirkungen mehrerer Mutationen, die durch die Rekombination der Gene in einem Individuum zusammentreffen, zusammen schädlicher sind als die Kombination der einzelnen Effekte. Diese Wirkung war bisher allerdings kaum zu testen und in der Natur zwar vorhanden, aber nur selten nachzuweisen.

Vorteil Sex

Azevedo, Burch und ihre Kollegen simulierten in ihrem Modell eine Population mit asexueller und mit sexueller Vermehrung und setzten beide künstlichen Störungen in Form von Mutationen aus. Es zeigte sich, dass in der Population mit sexueller Fortpflanzung die Robustheit gegenüber schädlichen Mutationen zunahm, indem tatsächlich negative Epistasis auftrat. Die asexuelle Gruppe dagegen konnte schädliche Mutationen nicht loswerden und reagierte weitaus weniger robust.

Damit zeigt diese Simulation zum ersten Mal, dass es einen direkten Zusammenhang zwischen der negativen Epistasis und dem Erfolg der sexuellen Vermehrung geben könnte. Allerdings kommt dies offensichtlich nur unter bestimmten Bedingungen zum Tragen, so dass es, so das Fazit der Forscher, möglicherweise weitere, bisher noch unbekannte Vorteile der sexuellen Fortpflanzung geben muss – es bleibt also spannend.

(University of North Carolina, 02.03.2006 – DLO)