Im Gegensatz zu Menschen haben Schildkröten, Eidechsen und andere Reptilien wie Krokodile keine Geschlechtschromosomen. Ihr Geschlecht wird von der Umwelt bestimmt, was sie besonders anfällig für den Klimawandel macht. Eine Erhöhung der Bruttemperaturen könnte die Produktion beider Geschlechter gefährden.
Die Messung der primären Geschlechterverhältnisse bei diesen Arten ist von entscheidender Bedeutung, da sie ihre Verwundbarkeit unter den aktuellen und zukünftigen Einschränkungen des Klimawandels bewertet. Während bei der Vorhersage des Geschlechterverhältnisses große Fortschritte erzielt wurden, wurden Studien aufgrund des Mangels an genauen und repräsentativen regionalen und bevölkerungsbezogenen Schätzungen des Geschlechterverhältnisses behindert. Infolgedessen könnten die Berechnungen der primären Geschlechterverhältnisse verzerrt werden.
Forscher der Florida Atlantic University haben in Zusammenarbeit mit der Université Paris-Saclay in Frankreich gezeigt, dass der Zeitpunkt des wichtigsten temperaturgesteuerten Entwicklungsprozesses von entscheidender Bedeutung ist, wenn es darum geht, festzustellen, wann das Geschlecht von Meeresschildkrötenembryonen bestimmt wird. Sie sind auch die ersten, die die Ergebnisse der am weitesten verbreiteten Methoden zur Vorhersage des Geschlechtsverhältnisses mit tatsächlichen Geschlechtsverhältnissen aus natürlichen Gelegen bei Meeresschildkröten vergleichen.
Sie haben eine neue Methode entwickelt, um die Wirkung thermischer Schwankungen auf die embryonale Geschlechtsbestimmung zu integrieren und Geschlechterverhältnisse mit viel besserer Genauigkeit als frühere Modelle vorherzusagen. Diese Methode misst die Stärke der Maskulinisierung oder Feminisierung von Temperaturen mit neuartigen Parametern, die aufgedeckt haben, wie temperaturempfindliche Geschlechtsbestimmung funktioniert.
Für die Studie modellierten die Forscher das Fortschreiten der Größe von Embryonen der Unechten Karettschildkröte (Caretta caretta) während der Inkubation mithilfe eines embryonalen Wachstumsmodells, das die thermische Reaktionsnorm für die Wachstumsrate und eine Wachstumsfunktion kombiniert. Die Wärmereaktionsnorm repräsentierte die Bandbreite von Phänotypen, in diesem Fall Geschlechterverhältnisse, die sich ergeben, wenn Gelege von Eiern unterschiedlichen Temperaturen oder anderen unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt werden. Zwischen 2002 und 2018 wurden die Temperaturen während der gesamten Brutzeit für 151 Unechte Karettnester an sechs Brutstränden in Florida aufgezeichnet.
Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Ökologische Modellierung, zeigen, dass die Temperatur der Inkubationsumgebung die Sexualisierung der Keimdrüsen (Fortpflanzungsorgane) früher als bisher angenommen beeinflussen könnte. Die Ergebnisse zeigen zwei Spitzen, wenn die Temperatur die Geschlechtsbestimmung beeinflusst – am Anfang und am Ende der kritischen Inkubationszeit, die als thermosensitive Entwicklungsphase bekannt ist. Es ist die Zeit während der Entwicklung, in der das Geschlecht unumkehrbar bestimmt ist und es kein Zurück mehr gibt.
„Was wir ähnlich wie bei Fischen beobachtet haben, ist, dass die temperaturempfindliche Phase vor dem Beginn der histologischen Differenzierung der Keimdrüsen stattfindet, wodurch sie sich entweder zu Eierstöcken oder Hoden entwickeln“, sagte Jeanette Wyneken, Ph.D., Co-Autor und Professor für Biowissenschaften am Charles E. Schmidt College of Science der FAU.
Die Ergebnisse bestätigen frühere Bedenken, dass die thermosensitive Periode, in der das Geschlecht des Embryos auf männlich oder weiblich gerichtet ist, nicht mit dem mittleren Drittel der Inkubation übereinstimmt. In der Natur sind die Inkubationstemperaturen nicht konstant, daher sind die Entwicklungsgeschwindigkeiten nicht konstant.
Darüber hinaus verringert die Verwendung des mittleren Drittels der Inkubationsdauer zur Annäherung an die thermosensitive Periode die Genauigkeit der Schätzungen des Geschlechtsverhältnisses in natürlichen Nestern erheblich. Diese Ergebnisse könnten für andere Reptilien mit temperaturabhängiger Geschlechtsbestimmung ähnlich sein, da ähnliche molekulare Determinanten und enzymatische Mechanismen eine Rolle spielen.
Die Temperatur, die theoretisch 50 Prozent beider Geschlechter hervorbringt, wird als „Pivotaltemperatur“ bezeichnet, und der Temperaturbereich, der beide Geschlechter hervorbringt, wird als „Übergangstemperaturbereich“ bezeichnet.
„Da die Schlüsseltemperaturen und der Übergangsbereich von Temperaturen nur für konstante Inkubationstemperaturen definiert sind, können mittlere Inkubationstemperaturen nicht als zuverlässig für die Vorhersage des Geschlechterverhältnisses angesehen werden, wenn die Temperatur schwankt“, sagte Wyneken. „Mit anderen Worten, es muss ein biologisch relevanterer Ersatz verwendet werden, um das Geschlechterverhältnis natürlicher Gelege vorherzusagen.“
Um das Geschlechtsverhältnis der Jungtiere vorherzusagen, sind indirekte Methoden mit temperaturbasierten Proxys besonders geeignet, wenn die interessierende Art vor dem Erwachsenenstadium nicht äußerlich geschlechtsdimorph ist. Im Allgemeinen zeichnen sich Schildkröten dadurch aus, dass sie langlebig und spätreif sind, und sie sind nicht sexuell dimorph, bis sie sich der Geschlechtsreife nähern – Meeresschildkrötenarten brauchen oft mehr als 25 Jahre, um geschlechtsreif zu werden.
„Die Untersuchung der thermischen Reaktionsnorm für die Sexualisierung bei Reptilien mit temperaturabhängiger Geschlechtsbestimmung wird dazu beitragen, ökologisch relevante Schätzungen des Geschlechtsverhältnisses bei Jungtieren zu liefern, die für die Bewertung der Lebensfähigkeit von Populationen im Zusammenhang mit dem Klimawandel unerlässlich sind“, sagte Wyneken. „Wichtig ist, dass unsere Ergebnisse neue Einblicke in die Mechanismen bieten, die bei der temperaturabhängigen Geschlechtsbestimmung eine Rolle spielen, und dazu beitragen werden, Prognosen über die Zukunftsaussichten gefährdeter Bevölkerungsgruppen weltweit zu erstellen.“
Mehr Informationen:
Jonathan R. Monsinjon et al, Thermische Reaktionsnorm für die Sexualisierung: Die fehlende Verbindung zwischen Temperatur und Geschlechtsverhältnis für die temperaturabhängige Geschlechtsbestimmung, Ökologische Modellierung (2022). DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2022.110119