Trotz ihres beeindruckenden Körpers mangelt es männlichen Gorillas in einem bestimmten Bereich ihrer Anatomie.
Sie haben die kleinsten Penisse und Hoden aller Affen und produzieren eine geringe Menge an Spermien, die weder schnell schwimmen noch sich leicht an Eier binden. Tatsächlich funktioniert ihr Fortpflanzungssystem möglicherweise auf dem niedrigsten Niveau, das für ein Säugetier möglich ist.
Da Gorillas einen gemeinsamen Vorfahren und über 98 % ihrer DNA mit Menschen teilen, könnte die Genetik hinter ihren abnormalen Genitalien und Spermien Antworten auf die Unfruchtbarkeit bei Männern geben.
Ein von der Universität Buffalo geleitetes Forschungsteam hat herausgefunden, dass tatsächlich einige der gleichen Gene, deren Mutationen zu einem schlecht funktionierenden männlichen Gorilla-Fortpflanzungssystem führten, möglicherweise auch für die männliche Unfruchtbarkeit beim Menschen verantwortlich sind.
In einem Studie veröffentlicht am 9. Mai in eLifeForscher identifizierten 109 reproduktionsbezogene Gorilla-Gene, die häufig mutiert sind, wenn sie bei unfruchtbaren Männern vorhanden sind. Wahrscheinlich sind noch mehr zu identifizieren.
„Wir verfügen über eine Reihe von Genen, die an der Spermienbiologie beteiligt sind und die Signaturen schädlicher Mutationen bei Gorillas aufweisen. Wir können dann dieselben Gene bei unfruchtbaren Männern untersuchen und sehen, ob sie Mutationen aufweisen“, sagt der Hauptautor der Studie, Vincent Lynch, Ph.D., außerordentlicher Professor für Biowissenschaften am UB College of Arts and Sciences.
„Hier fungiert das Gorilla-Genom im Wesentlichen als Entdeckungsinstrument, um Kandidatengene für die menschliche männliche Fruchtbarkeit zu finden, die wir zuvor nicht hätten identifizieren können.“
Gorillas haben keine Spermienkonkurrenz
Die kleinen Genitalien und die geringe Spermienzahl männlicher Gorillas können auf ihr polygynes Paarungssystem zurückgeführt werden. Die einschüchternde Gestalt des Alpha-Männchens Silberrücken ermöglicht ihm nahezu ausschließlichen Zugang zu den Weibchen in seiner Gruppe, sodass sein Sperma nicht mit dem Sperma anderer Männchen im weiblichen Fortpflanzungstrakt konkurriert.
„Es gibt zwei Möglichkeiten, um Partner zu konkurrieren: Sie können entweder Ihren Körper oder Ihr Sperma nutzen“, sagt Lynch. „Die meisten Säugetiere nutzen eine Kombination aus beidem. Gorillas nutzen nur ihren Körper.“
Dieser Mangel an Spermienkonkurrenz führte wahrscheinlich zur Entwicklung kleiner Hoden mit wenigen spermienproduzierenden Zellen sowie strukturell abnormaler und unbeweglicher Spermien. Solche schädlichen Genmutationen werden normalerweise durch die sogenannte reinigende Selektion aus einer Population gelöscht. Manchmal wird die reinigende Selektion jedoch so gelockert, dass Mutationen mit der Zeit innerhalb einer Art fixiert werden.
Das von der UB geleitete Forschungsteam fragte sich, ob die Identifizierung entspannter Gene bei Gorillas zur Identifizierung von Genen führen könnte, die für die menschliche Fruchtbarkeit entscheidend sind.
Ungefähr 5–7 % der Paare weltweit sind von Unfruchtbarkeit betroffen, die zugrunde liegende Genetik ist jedoch nicht vollständig verstanden. Zum einen gibt es in einem einzelnen Menschen etwa 22.000 Gene. Selbst wenn in einem von ihnen eine Mutation gefunden wird, ist es schwer zu sagen, ob sie die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigt.
„Anstatt also alle Gene eines Mannes auf seltene Mutationen zu untersuchen, könnten Sie sich nur die Gene ansehen, deren Gorilla-Gegenstücke eine abnormale Spermienbiologie verursachen“, sagt Jacob Bowman, Ph.D., ein Postdoktorand in Lynchs Labor und der erste der Studie Autor.
„Entspannte“ Gorilla-Gene sind bei unfruchtbaren Männern oft mutiert
Zunächst verwendeten die Forscher Modelle des Center for Computational Research (CCR) der UB, um in einem Datensatz von mehr als 13.000 Genen von 261 Säugetieren nach Signaturen einer entspannten reinigenden Selektion zu suchen. Von diesen Genen zeigten 578 oder 4,3 % solche Signaturen in der Gorilla-Abstammungslinie.
Um herauszufinden, welche dieser entspannten Gorilla-Gene die männliche Fruchtbarkeit beeinflussen, löschte das Team sie in der Fruchtfliege Drosophila melanogaster.
„Die meisten Gene, die für die Reproduktionsbiologie wichtig sind, sind bei vielen verschiedenen Arten, einschließlich Drosophila, konserviert, und man kann diese Funktionsverlustexperimente in großem Maßstab bei Drosophila auf eine Weise durchführen, die bei anderen Organismen nicht möglich ist“, sagt Lynch sagt.
Die Unterdrückung dieser Gene bei Fruchtfliegen bestätigte, dass viele von ihnen für die männliche Fortpflanzungsfunktion entscheidend sind, darunter 41 Gene, die bisher nicht mit der männlichen Fruchtbarkeit in Verbindung gebracht wurden.
Als nächstes verglichen die Forscher die entspannten Gorilla-Gene mit einer Genomdatenbank mit 2.100 unfruchtbaren Männern, von solchen mit geringer Spermienzahl bis hin zu keinen Spermien. Insgesamt fanden sie heraus, dass 109 der entspannten Gorilla-Gene bei unfruchtbaren Männern signifikant auf Funktionsverlustmutationen angereichert waren, was darauf hindeutet, dass diese Gene wahrscheinlich mit männlicher Unfruchtbarkeit beim Menschen in Zusammenhang stehen.
„Noch vor wenigen Jahren gab es nicht genügend sequenzierte Genome und Rechenleistung, um solche Studien durchzuführen“, sagt Lynch. „Wenn die Wissenschaft mehr genetische Daten sammelt, werden wir besser verstehen, warum es zu Unfruchtbarkeit kommt.“
Mehr Informationen:
Jacob D. Bowman et al., Pervasive entspannte Selektion auf Spermatogenese-Genen, die mit der Entwicklung der Polygynie bei Gorillas zusammenfallen, eLife (2024). DOI: 10.7554/eLife.94563.1