Hornmilben: Seit Jahrmillionen ohne Sex

Männchen abgeschafft: Eine winzige Hornmilben-Art existiert offenbar schon seit Jahrmillionen ohne sexuelle Fortpflanzung, wie ein Blick in ihr Genom belegt. Denn dort haben Forscher den sogenannten Meselson-Effekt nachgewiesen. Er beschreibt Unterschiede zwischen Chromosomenkopien, die nur durch lange, rein asexuelle Vermehrung entstehen. Es ist der erste eindeutige Nachweis dieses Effekts bei einem Tier, wie das Team berichtet.

Für fast alle Tiere ist die sexuelle Fortpflanzung die Regel. Sie sorgt dafür, dass das Erbgut der Populationen gut durchmischt wird und hilft dabei, schädliche Mutationen zu beseitigen. Dabei spielen die Männchen als das „entbehrlichere“ Geschlecht möglicherweise eine wichtige Rolle. Doch es gibt auch Tierarten, die ab und zu oder auch über einen längeren Zeitraum auf Sex verzichten und sich asexuell vermehren, beispielsweise Rädertierchen, Muschelkrebschen oder einige Milbenarten.

Das weckt die Frage, ob es auch Tierarten gibt, die den Sex im Laufe der Evolution komplett abgeschafft haben. Die Antwort darauf ist allerdings nicht ganz einfach: „Es könnte beispielsweise eine Art von ‚kryptischem‘ sexuellem Austausch geben, den man noch nicht kennt“, erklärt Erstautor Alexander Brandt von der Universität Lausanne. Denkbar wäre auch, dass bei vermeintlich männchenlosen Spezies sehr selten doch Männchen entstehen und es zu Sex kommt. Zudem kann horizontaler Genaustausch die Daten verfälschen.

Meselson-Effekt: Chromosomenkopien als Anzeiger

Doch es gibt einen Indikator, der eine dauerhaft asexuelle Fortpflanzung relativ verlässlich verraten kann – der sogenannte Meselson-Effekt. Er beschreibt Unterschiede innerhalb der Chromosomenpaare, bei denen bei sexueller Vermehrung normalerweise eine Kopie vom Vater und eine von der Mutter stammt. Bei der Reifeteilung der Keimzellen und bei der Befruchtung durchmischen sich diese Kopien und Genstücke werden ausgetauscht.

Das sorgt dafür, dass sich im Laufe der Zeit angesammelte Mutationen über beide Chromosomenkopien – Haplotypen – verteilen und angleichen. Anders bei der asexuellen Fortpflanzung: Weil dort die Durchmischung fehlt, sammeln die Haplotypen getrennt voneinander Mutationen an. Dadurch werden die Unterschiede zwischen den Kopien im Laufe der Zeit immer größer. Das Ausmaß dieser Unterschiede verrät daher, ob und wie lange eine Tierart schon asexuell lebt.

Die Tücke liegt allerdings im Detail: Bei einigen möglicherweise asexuellen Tierarten konnte der Meselson-Effekt nicht nachgewiesen werden, bei anderen waren die Daten nicht eindeutig. „Die bisher beste Bestätigung dieses Effekt stammt von einer Genomstudie von obligatorisch asexuellen Trypanosomen“, erklären die Forscher. Diese sind aber parasitische Einzeller und keine echten Tiere.

Fahndung bei Hornmilben

„In der Praxis ist der Meselson-Effekt bei Tieren noch nie schlüssig gezeigt worden – bis jetzt“, erklärt Brandts Kollegin Tanja Schwander. Denn bei vergleichenden Genomanalysen von Hornmilben ist es den Forschenden nun gelungen, diesen Anzeiger echter Asexualität bei der Hornmilbenart Oppiella nova nachzuweisen. Bei diesen im Boden lebenden Milben wurde noch nie ein Männchen gefunden, so dass sie schon länger als möglicher Kandidat für eine dauerhaft asexuelle Fortpflanzung gelten.

Für ihre Studie hatten Brandt und sein Team das Erbgut von mehreren Populationen dieser im Boden vorkommenden Milbenspezies analysiert und mit dem Genom einer eng verwandten, sich aber sexuell reproduzierenden Art verglichen.

Asexualität bestätigt

Das Ergebnis: Bei der sich asexuell fortpflanzenden Art Oppiella nova waren die genetischen Unterschiede bei den Individuen innerhalb einer Population weit größer als die zwischen den Populationen – das ist ein erster Hinweis auf fehlenden Genaustausch durch Sex, wie die Forschenden erklären. Zudem konnten sie deutlich größere Abweichungen zwischen den beiden Haplotypen der Chromosomenpaare nachweisen als bei der sexuellen Vergleichsart.

„Die beobachteten Divergenzmuster bei den Haplotypen lassen sich am besten durch Mutationen erklären, die sich nach dem Beginn der Asexualität angesammelt haben“, erklären Brandt und seine Kollegen. „Das ist ein starker positiver Beleg für den Meselson-Effekt und spricht für eine schon seit langem bestehende asexuelle Evolution.“

Seit Jahrmillionen ohne Männchen

Seit wann die Hornmilbe schon ohne Sex auskommt, konnten die Wissenschaftler nicht eindeutig bestimmen. Sie halten es aber für durchaus möglich, dass Oppiella nova schon seit Jahrmillionen rein asexuell lebt. Damit belegt diese Milbenart, dass eine solche langanhaltende Fortpflanzung ohne Sex zwar selten ist, aber keine evolutionäre Sackgasse sein muss. Offenbar haben die Hornmilben Mechanismen entwickelt, die auch ohne den Genaustausch durch Sex eine zu große Ansammlung schädlicher Mutationen verhindern.

Tatsächlich belegen Genomstudien bei asexuellen Hornmilben-Populationen, dass diese sogar weniger nachteilige oder potenziell ungünstige Mutationen in ihrem Erbgut tragen als sich sexuell fortpflanzende Verwandte. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Hornmilben den Folgen entgehen können, die normalerweise mit asexuellen Stammeslinien verbunden sind“, schreibt das Team. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; doi: 10.1073/pnas.2101485118)

Quelle: Universität zu Köln