Braunalgen geben Einblick in den Ursprung der Geschlechter
Die Mechanismen, durch die das Geschlecht bestimmt wird, unterscheiden sich von Lebewesen zu Lebewesen. Dies kann durch Umweltfaktoren wie die Temperatur von Krokodileiern während der Inkubation, genetische Faktoren (Geschlechtschromosomen) oder – im Falle einiger Fischarten – durch eine Kombination aus beidem erreicht werden. „Wir wissen ziemlich viel über die Geschlechtsbestimmung bei Tieren“, merkt Susana Coelho an, Projektkoordinatorin von SEXSEA, die ihre Forschungen am Französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) durchgeführt hat und vor kurzem zur Direktorin am deutschen Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie ernannt wurde. „Wir wissen jedoch nur sehr wenig darüber, was in der Welt der Algen geschieht.“ Braunalgen haben sich seit über einer Milliarde Jahren unabhängig von Tieren und Landpflanzen entwickelt. Und in weniger als 300 Millionen Jahren haben die Braunalgen vielzellige Körper entwickelt, die es an Komplexität mit Pflanzen aufnehmen können. „Braunalgen sind erstaunliche Organismen, die eine immense ökologische Bedeutung haben und auch Männchen und Weibchen haben“, fügt Coelho hinzu. „Aber wir wissen nicht genug über ihre Biologie, auch nicht darüber, wie sie diese Männchen und Weibchen bilden.“
Geschlechtsbestimmung
Um diese Wissenslücke zu schließen, versuchte das Projekt SEXSEA mit Unterstützung des Europäischen Forschungsrats die Mechanismen aufzudecken, mit denen Algen das Geschlecht bestimmen. „Durch den Vergleich verschiedener Algenarten konnten wir Gene identifizieren, die immer mit den Männchen oder immer mit den Weibchen in Verbindung stehen“, erklärt Coelho. „Die Gene, die immer geschlechtsgebunden sind, sind diejenigen, die bereits vor Artbildung vorhanden waren.“ Unter Artbildung versteht man, wenn sich eine Gruppe von den Mitgliedern ihrer eigenen Spezies trennt und ganz eigene Merkmale entwickelt. Davon ausgehend datierten Coelho und ihr Team den Ursprung der Geschlechtschromosomen auf einer evolutionären Skala. Sie waren dann in der Lage, die chromosomale Grundlage der Geschlechtsbestimmung zu identifizieren, was ein solides Fundament für das Verständnis der Biologie von Braunalgen lieferte. „Wir konnten eine Perspektive von Milliarden von Jahren auf die Evolution der Geschlechtschromosomen erreichen“, merkt Coelho an. „Wir haben außerdem die Geschlechtschromosomen über mehrere Arten von Braunalgen hinweg identifiziert und charakterisiert und dadurch unser Verständnis der Schlüsselprozesse, die dem Ursprung und der Evolution der Geschlechter zugrunde liegen, vertieft.“
Die Evolution der Geschlechter
Die Tatsache, dass sich Braunalgen unabhängig von Tieren und Pflanzen entwickelt haben, ermöglichte es Coelho, die Universalität oder Einzigartigkeit der Prozesse zu untersuchen, welche die Evolution der Geschlechter vorantreiben. „Zum Beispiel hat eines der Gene innerhalb des männlichen Chromosoms Ähnlichkeiten mit dem SRY-Gen,“ fügt sie hinzu. „Dieses Gen ist an der männlichen Geschlechtsbestimmung bei Tieren, einschließlich des Menschen, beteiligt.“ Da jedoch unabhängig voneinander getrennte Geschlechter bei Algen und Tieren entstanden sind, kommt Coelho zu dem Schluss, dass wahrscheinlich eine Art konvergenter Evolution am Werk ist. „Es ist möglich, dass die Natur bei einigen Arten von biologischen Prozessen nur begrenzte Wahlmöglichkeiten hat“, sagt sie. „Diese Gene wurden möglicherweise in Algen und Tieren ‚wiederverwendet‘, um das Geschlecht zu bestimmen.“ Eine Frage, die Coelho in Zukunft untersuchen möchte, ist, wie Hermaphroditismus stattfindet, bei dem dasselbe Individuum männliche und weibliche Strukturen erzeugen kann. „Was passiert mit den Geschlechtschromosomen in einem Hermaphroditen-Kontext?“, fragt sie. „Und warum sind nicht alle Braunalgen Hermaphroditen?“ Diese faszinierende Arbeit hat die Tatsache unterstrichen, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler über die herkömmlichen Pflanzen- und Tiermodelle hinausschauen müssen, um Biologie wirklich zu verstehen. „Ich hoffe, dieses Projekt hat gezeigt, dass Braunalgen wunderbare Organismen sind“, sagt Coelho. „Das Studium der Braunalgen hat mir einen viel breiteren Blick auf die Biologie eröffnet.“
Schlüsselbegriffe
SEXSEA, Geschlecht, Algen, genetisch, Chromosomen, Biologie, Gen, Evolution, Hermaphrodit
