Es ist bekannt, dass wärmere Temperaturen dazu führen, dass mehr Schildkröteneier zu weiblichen Jungtieren werden, aber neue Untersuchungen der Duke University zeigen, dass diese Weibchen auch eine höhere Kapazität zur Eiproduktion haben, noch bevor ihr Geschlecht festgelegt ist.
Dieser Befund könnte erklären, warum viele Tiere außer Schildkröten eine temperaturabhängige Geschlechtsbestimmung haben und warum dieses System bestehen bleibt, obwohl es wie eine riskante Strategie erscheint. Es könnte auch einen beunruhigenden Ausblick darauf geben, was in einer sich erwärmenden Welt vor uns liegen könnte.
Was die Forscher herausfanden, als veröffentlicht 23. Juni die Zeitschrift Aktuelle Biologie, besteht darin, dass die Anzahl der „Keimzellen“ – Voreier –, die ein Embryo trägt, durch höhere Inkubationstemperaturen erhöht wird. Tatsächlich fanden sie heraus, dass diese Keimzellen selbst eine Rolle dabei spielen, dass der Embryo weiblich wird.
„Die Geschlechtsbestimmung durch Temperatur ist nicht nur ein Mechanismus“, sagte die leitende Autorin Blanche Capel, James B. Duke Distinguished Professor für Zellbiologie an der Duke School of Medicine. „Höhere Temperaturen scheinen die Geschlechtsbestimmung durch mehrere Zelltypen im Embryo schrittweise zu beeinflussen.“
Die häufiger vorkommenden Keimzellen selbst scheinen die Feminisierung voranzutreiben, sagte Boris Tezak, ein Postdoktorand im Capel-Labor, der dieses Projekt leitete. „Die Temperaturen, bei denen Weibchen entstehen, sind auch die Temperaturen, die die Anzahl der Keimzellen erhöhen“, sagte er.
Es sei bekannt, dass eine höhere Anzahl von Keimzellen auch bei Fischen die weibliche Entwicklung kontrolliere, sagte Capel. Um jedoch zu beweisen, dass mehr Keimzellen zu weiblichen Schildkröten führen, entfernten sie einige Keimzellen aus Embryonen von Rotohrschildkröten, die bei einer mittleren Temperatur aufgezogen wurden, die 50:50-Proportionen hätte ergeben sollen, und sahen mehr Männchen als erwartet.
Wissenschaftler wissen seit Jahrzehnten über die temperaturabhängige Geschlechtsentwicklung Bescheid und haben sie in vielen verschiedenen Teilen des Lebensbaums gefunden, offenbar weil sie sich mehrfach und auf unterschiedliche Weise entwickelt hat.
„Es ist überall aufgetaucht“, sagte Tezak. „Es scheint eine wirklich riskante Strategie zu sein, insbesondere im Zusammenhang mit Wetterschwankungen und Klimawandel. Warum sollte dieses System also bestehen bleiben?“
Sie gehen davon aus, dass die temperaturabhängige Geschlechtsentwicklung einen Fortpflanzungsvorteil schafft.
„Ein Weibchen, das mit mehr Keimzellen schlüpft, ist vermutlich reproduktionsfähiger – es erhöht sein Reproduktionspotenzial, mehr Eier zu tragen“, sagte Tezak. „Wir haben den weiblichen Signalweg mit der erhöhten Anzahl von Keimzellen in Verbindung gebracht, und wenn sie dadurch reproduktionsfähiger wird, würde das einen großen Beitrag zur Erklärung leisten, warum die temperaturabhängige Geschlechtsentwicklung anhält.“
Da die globalen Temperaturen weiter steigen, stellt sich die Frage: Was passiert mit den Schildkröten und anderen temperaturempfindlichen Bruttieren? „Wir werden untersuchen, wie sich ein weiterer Temperaturanstieg auf den Keimzellenpool auswirken wird“, sagte Tezak. „Wird es weniger fitte Weibchen hervorbringen?“
Um diese Fragen zu beantworten, pflegt Tezak sorgfältig Gelege von Rotwangen-Schmuckschildkröten-Eiern, die er von einem Züchter aus Louisiana erhalten hat, in mit feuchtem Medium gefüllten Plastikboxen, die im Labor bei konstanter Temperatur gehalten werden. Ein Inkubator läuft bei 26 Grad Celsius und bringt mehr Männchen hervor. Eine andere liegt bei 31 Grad, der optimalen Temperatur, um mehr Weibchen hervorzubringen.
Wenn er jeweils eines herausnimmt, um bei sehr hellem Licht den Fortschritt zu überprüfen, ist der Embryo, der wärmer inkubiert wurde, im Ei deutlich größer und aktiver.
„Wir gehen davon aus, dass es einen Temperatur-Sweet-Spot gibt“, sagte Capel. „Es gibt einen kurzen Bereich, in dem man eine große Anzahl von Keimzellen erhält, und darüber hinaus beginnt man einen Rückgang zu beobachten“, sagte Capel.
„Wir haben einige Eier bei 33,5 Grad bebrütet, nur zweieinhalb Grad über der optimalen Temperatur für Weibchen“, sagte Tezak. „Es entstanden einige wirklich seltsame Embryonen – es gab Zyklopen und zweiköpfige Embryonen. Wir haben ihre Keimzellen noch nicht gezählt.“
Das Labor wird außerdem einige Alligatoreneier in Empfang nehmen, um die Temperaturexperimente fortzusetzen. Es ist bekannt, dass Alligatoren bei niedrigen Temperaturen Weibchen und bei hohen Temperaturen Männchen hervorbringen, das entgegengesetzte Muster wie bei der Rotohr-Schmuckschildkröte. Allerdings ist die niedrige Temperatur bei Alligatoren die gleiche wie die hohe Temperatur bei Schildkröten, sodass beide Arten bei 31 Grad Celsius Weibchen zur Welt bringen. „Die interessante Frage ist, ob wir bei dieser Temperatur bei beiden Arten mehr Keimzellen sehen“, sagte Tezak.
Mehr Informationen:
B. Capel, Höhere Temperaturen erhöhen direkt die Keimzellzahl, was die Feminisierung von Rotohrschildkröten fördert, Aktuelle Biologie (2023). DOI: 10.1016/j.cub.2023.06.008. www.cell.com/current-biology/f … 0960-9822(23)00758-3