Studien zum Paarungsverhalten liefern Hinweise auf die Entwicklung der Anziehung

Es sprüht Funken, als ein weiblicher Nematode seinen Partner in einer Petrischale trifft. Als sie ihn anhand seines Geruchs aufspürt, rennt sie schnurstracks zu ihm und wird innerhalb weniger Augenblicke nach körperlichem Kontakt schwanger. Bei der hermaphroditischen Version dieser winzigen Spulwürmer sieht das jedoch ganz anders aus. Anatomisch weiblich, aber in der Lage, sich mit ihrem eigenen Spermienvorrat selbst zu befruchten, bleiben Hermaphroditen an einer Paarung entschieden desinteressiert – bis ihr Spermienvorrat erschöpft ist. Nur dann werden sie nach Männern Ausschau halten.

In solch bisher unbekannten Details über mikroskopische Paarungsrituale könnten Hinweise auf ein umfassenderes Verständnis der genetischen Mechanismen der Anziehung lauern. laut einer Studie In Aktuelle Biologie. Die Ergebnisse schließen nicht nur erhebliche Wissenslücken zu einem wichtigen Modellorganismus, sondern werfen auch neues Licht auf die Entwicklung von Fortpflanzungsstrategien.

„Biologen fangen wirklich erst an, herauszufinden, wie sich Verhaltensweisen entwickeln, und Balzverhalten gehört zu den auffälligsten, die wir sehen“, sagt Rockefeller-Neurowissenschaftlerin Cori Bargmann. „Wir haben Paarungsrituale von Fadenwürmern untersucht, um besser zu verstehen, wie sich das Verhalten zwischen den Arten ändert.“

Weibliche Nematoden

Nematoden, auch Spulwürmer genannt, sind eine vielfältige Gruppe von Organismen, die in fast jedem Lebensraum auf der Erde vorkommen. Unter einer Handvoll Arten gibt es Hermaphroditen, die zur Selbstbefruchtung fähig sind. Bargmanns Team entschied sich für den Vergleich der Strategien hermaphroditischer und nicht-hermaphroditischer Mitglieder der Gattung Caenorhabditis.

„Diese Tiere sehen alle gleich aus“, sagt Margaret Ebert, Hauptautorin der Studie und wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bargmann-Labor. „Aber sie nutzen ihr Nervensystem unterschiedlich, um ein völlig unterschiedliches Paarungsverhalten hervorzurufen.“

Die Forscher begannen mit der Beobachtung der Wechselwirkungen zwischen männlicher und weiblicher Caenorhabditis. „Wir wussten fast nichts über weibliches Verhalten“, sagt Bargmann. „Bevor man Hermaphroditen untersuchte, war die erste Frage, was Frauen tun.“

Das Team stellte drei Paarungsverhalten weiblicher Nematoden fest: Sie verfolgen Männchen anhand ihres Geruchs, sie hören auf, sich zu bewegen, wenn sie mit dem Männchen in Berührung kommen, und sie öffnen ihre Vulva, um die Paarung zu erleichtern. „Die Frau ist ein Vorbild an Effizienz“, sagt Ebert. „Sie zeigt einen starken Drang, einen Partner zu finden, und sobald der Kontakt besteht, kooperiert sie. Innerhalb einer Minute, nachdem sie einen Mann getroffen hat, ist sie schwanger.“

Eine der überraschendsten Erkenntnisse war, dass das Weibchen das Männchen anhand seines Geruchs aufspürt. „Das hatten wir nicht gewusst“, sagt Bargmann. „Im Allgemeinen geht man davon aus, dass Männer die Wahl treffen.“

Hermaphroditische Nematoden

Das Team wandte sich dann der eng verwandten, hermaphroditischen Caenorhabditis zu. Diese Nematoden beginnen ihr Leben mit einer Ansammlung von Spermien und Eizellen und können Männchen nicht anhand ihres Geruchs aufspüren. Im Gegenteil, sie vermeiden aktiv die Paarung, und wenn Männchen einen Paarungsversuch wagen, „ist das wie mit dem Bullen beim Rodeo“, sagt Ebert. „Sie machen ruckartige Bewegungen, um das Männchen abzuwerfen und wegzulaufen.“

Mit zunehmendem Alter produzieren Hermaphroditen jedoch weiterhin Eier und stellen die Spermienproduktion ein, so dass Gameten zurückbleiben, die sie nicht selbst befruchten können. Plötzlich werden männliche Nematoden attraktiv. „Sobald ihnen das Sperma ausgeht, wechseln sie“, sagt Bargmann. „Es ist nicht so, dass Hermaphroditen vergessen haben, wofür Männer da sind. Sie maskieren diese Verhaltensweisen lediglich für einen Teil ihres Lebens und entfesseln sie dann später im Leben, was ein erstaunliches Maß an Verhaltensflexibilität offenbart.“

Diese Paarungsflexibilität ist evolutionär sinnvoll. Aus Sicht der biologischen Fitness sollte jedes Tier seinen eigenen Beitrag zum Genpool maximieren wollen. Solange Hermaphroditen selbst Nachkommen zeugen können, besteht für sie kein Anreiz, sich mit Männchen zu vermischen.

Aber wenn sie dazu nicht in der Lage sind, wird es evolutionär von strategischer Bedeutung, sich mit mindestens der Hälfte ihres genetischen Materials zu paaren und Nachkommen zu zeugen. Das Team vermutet, dass das Vorhandensein von Sperma oder Samenflüssigkeit als eine Art Regulator fungiert und signalisiert, dass das Paarungsverhalten auf Eis gelegt werden sollte.

Die Ergebnisse stellen einen grundlegenden Schritt zur Beantwortung der grundlegendsten Fragen darüber dar, wie sich Tiere entwickeln, um den Durchgang ihrer DNA zu optimieren. „Unsere Erkenntnisse fügen diesem Puzzle ein weiteres Teil hinzu“, sagt Bargmann. „Diese Arten ändern ihren Ansatz, um die Gesamtzahl der Gene zu maximieren, die sie an die nächste Generation weitergeben können. Es ist fast so, als würden die Hermaphroditen ein Genetik-Lehrbuch lesen und fragen: ‚Wie kann ich meine Fitness maximieren?‘“