Amazonenkärpfling: Wie Poecilia formosa ohne männliche DNA überlebt

Dieser Fisch ist in der Tierwelt eine Ausnahme: Er vermehrt sich, ohne die DNA der Männchen weiterzugeben.

In den trüben Gewässern Mexikos und von Texas lebt ein kleines Wesen, das nach der Evolutionstheorie längst nicht mehr existieren dürfte. Der Amazonenkärpfling (Poecilia formosa) ist eine nur wenige Zentimeter große Fischart, deren Bestand ausschließlich aus Weibchen besteht.

Seit seiner Entstehung vor rund 100.000 Jahren nutzt dieses Wirbeltier eine besondere Fortpflanzungsform, die Gynogenese genannt wird. Dabei besteht der Nachwuchs aus vollkommenen Klonen der Mutter, ohne irgendeinen erblichen Beitrag des Vaters. Nach den biologischen Regeln hätte eine solche Linie bereits vor 10.000 Jahren durch genetische Mutationen aussterben müssen. Stattdessen geht es der Art ausgezeichnet, und sie beherrscht sogar ihren Lebensraum: Wie kann das sein? Weshalb widersetzt sich diese Art dem von der Evolution vorgezeichneten Schicksal, das Klonen unweigerlich mit dem Aussterben verknüpft?

Das Geheimnis der genetischen Langlebigkeit des Amazonenkärpflings

Der Amazonenkärpfling entstand durch eine Kreuzung zweier Arten, bei der zwei unterschiedliche genetische Erbanlagen miteinander verschmolzen. Beteiligt waren zwei andere Molly-Arten: das Männchen Poecilia latipinna und das Weibchen Poecilia mexicana. Normalerweise hätte eine solche Verbindung sterile Nachkommen oder Exemplare mit schweren körperlichen Fehlbildungen hervorgebracht.

Stattdessen entstand daraus eine rein weibliche Linie, die beide vollständigen Erbanlagen in jeder einzelnen Zelle bewahren konnte, ohne sie jemals aufzuteilen. Bei fast allen Wirbeltieren wird der Chromosomensatz bei der Bildung von Eizellen halbiert, um Platz für jenen des künftigen Partners zu schaffen. Dem Amazonenkärpfling gelingt es hingegen, Eier abzulegen, die bereits sämtliche mütterlichen Chromosomen enthalten. Damit ist gewährleistet, dass die Linie Generation für Generation zu 100 % weiblich bleibt.

Gynogenese: Männchen lösen die Entwicklung aus, vererben aber nichts

Dies ist das bereits erwähnte Prinzip der Gynogenese. Damit sich die Embryonen entwickeln können, müssen sich die Weibchen zwar weiterhin mit Männchen nah verwandter Arten paaren, tatsächlich werden sie jedoch nie befruchtet. Das Sperma regt bei den Weibchen lediglich die Bildung der Eizelle und die ersten Zellteilungen an, doch sein Erbgut wird von der Zelle abgestoßen, bevor es sich mit dem Zellkern verbinden kann. Die Nachkommen sind daher perfekte Klone, die beide ursprünglichen Elterngenome – latipinna und mexicana – in sich tragen.

Weil die Jungtiere nicht vom genetischen Austausch der sexuellen Fortpflanzung profitieren, müsste die gesamte Art logischerweise unter denselben Schwachstellen leiden. Sie hätte schon vor langer Zeit verschwinden müssen, denn die Natur sortiert gewöhnlich Arten aus, die sich nicht weiterentwickeln.

Genkonversion schützt die DNA vor schädlichen Mutationen

Tatsächlich ist das nicht der Fall, denn dieser Fisch besitzt eine Überlebensstrategie, die den Mangel an Vielfalt ausgleichen kann: die Genkonversion. Da er von jeder seiner beiden Elternlinien zwei Varianten jedes Gens besitzt, nutzt er diese Doppelstruktur, um die Unversehrtheit seiner DNA zu erhalten. Beschädigt eine schädliche Mutation ein Gen auf einem Chromosom, kann er die gesunde Variante auf dem entsprechenden Partnerchromosom „kopieren“, um die defekte genetische Sequenz zu ersetzen und zu korrigieren.

Für Wes Warren, einen Forscher an der University of Missouri, der den Amazonenkärpfling untersucht hat, ist diese Art ein Wunder der Genetik. „Dieser Fisch scheint das Beste aus beiden Welten zu vereinen: die genetische Gesundheit, die normalerweise aus sexueller Fortpflanzung entsteht, und zugleich die Fähigkeit, sich ohne die DNA eines Männchens zu vermehren“, erklärt er. Im Tierreich ist dies ein äußerst seltenes Phänomen: Kaum hundert Tierarten können sich auf diese Weise fortpflanzen. Dazu zählen einige soziale Insekten wie Bienen und Ameisen sowie bestimmte Reptilien, etwa der Komodowaran. Der Amazonenkärpfling unterscheidet sich jedoch von ihnen, weil er die Gynogenese als einzigen Überlebensmodus innerhalb einer gesamten Population nutzt. Der große Stammbaum des Lebens hat also durchaus einige besonders ungewöhnliche Äste!