Wissenschaftler des Biologiezentrums der Tschechischen Akademie der Wissenschaften haben in Zusammenarbeit mit der Universität Liverpool den genetischen Mechanismus gefunden, der bestimmt, ob Individuen der Schmetterlingsart Bicyclus anynana männlich oder weiblich werden.
Sie fanden auch heraus, dass die Embryonen nicht überleben, wenn sich Individuen mit der gleichen Variante des geschlechtsbestimmenden Gens paaren. Dies kann in kleinen Schmetterlingspopulationen mit geringer genetischer Variation, in denen die Paarung zwischen verwandten Individuen stattfindet, schwerwiegende Folgen haben.
Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler diesen Mechanismus bei Schmetterlingen beschrieben haben, und überraschenderweise ähnelt er einem ähnlichen Mechanismus bei Honigbienen. Die Entdeckung ist veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaftliche Fortschritte.
Der schielende, buschbraune Bicyclus anynana ist auf dem afrikanischen Kontinent beheimatet. Es wird häufig für die Genforschung verwendet, unter anderem aufgrund seiner Fähigkeit, sich unter Laborbedingungen schnell zu vermehren und relativ leicht zu vermehren, außerdem wurde sein gesamtes Genom bereits sequenziert.
Wie Entomologen unter der Leitung von Arjen Van’t Hof vom Biologiezentrum CAS und einem internationalen Team von Mitarbeitern herausfanden, wird das Geschlecht dieses Schmetterlings durch verschiedene Kombinationen von Varianten eines Gens namens Masculinizer reguliert. Eine einzelne Variante führt zur weiblichen Entwicklung und zwei verschiedene Varianten führen zur männlichen Entwicklung.
Die Schmetterlinge sterben als Embryonen, wenn zwei identische Varianten von Masculinizer kombiniert werden. Dies ist jedoch in natürlichen Populationen sehr ungewöhnlich, da eine große Anzahl verschiedener Varianten gefunden wurde. Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei identische Varianten zum Tod des Embryos führen, ist in stark zurückgegangenen Populationen mit verringerter genetischer Variation aufgrund von Inzucht viel höher.
Viele Schmetterlingsarten sind stark im Rückgang begriffen, und wenn bei anderen Arten derselbe Mechanismus wie Bicyclus anynana auftritt, kann dies schwerwiegende Folgen für vom Aussterben bedrohte Arten haben.
Dieser Mechanismus zur Geschlechtsbestimmung ist der erste, der bei Schmetterlingen gefunden wurde, und ähnelt überraschenderweise mehr dem von Honigbienen, die zu einer anderen Insektengruppe gehören, als dem der Seidenraupe, die zur gleichen Insektenordnung gehört. Der gleiche Mechanismus entwickelte sich unabhängig voneinander bei Bicyclus anynana und Honigbienen, was ihn zu einem klaren Beispiel für konvergente Evolution macht.
Aufgedeckte genetische Mechanismen, die das Geschlecht bestimmen
Die Entwicklung in zwei verschiedene Geschlechter gehört zu den bedeutendsten biologischen Merkmalen, doch trotz ihrer Bedeutung sind die zugrunde liegenden genetischen Mechanismen bei den meisten Arten nicht erforscht. Der Hauptgrund dafür, dass so viel noch unbekannt ist, liegt darin, dass die Mechanismen äußerst vielfältig sind.
Schmetterlinge, eine große Insektengruppe bestehend aus Schmetterlingen und Motten, haben W- und Z-Geschlechtschromosomen anstelle von X und Y. Frauen haben normalerweise ein W- und ein Z-Chromosom und Männer haben zwei Z-Chromosomen. Bei einigen Arten wird das Geschlecht durch das W-Chromosom bestimmt, es gibt aber auch Arten, bei denen Weibchen kein W-Chromosom haben.
„Diese Arten haben unterschiedliche geschlechtsbestimmende Mechanismen, die noch nicht bekannt sind. Der Mechanismus, den wir bei Bicyclus anynana entdeckt haben, unterscheidet sich stark von dem W-Chromosom-abhängigen Mechanismus, der früher bei der Seidenraupe Bombyx mori entdeckt wurde“, sagen die Forscher.
Mehr Informationen:
Arjen van’t Hof et al., Zygositätsbasierte Geschlechtsbestimmung bei einem Schmetterling treibt die Hypervariabilität von Masculinizer voran, Wissenschaftliche Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adj6979. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj6979