Identifizierung der evolutionären Triebkräfte der männlichen Schwangerschaft
Wovon hängt es ab, ob ein männliches oder ein weibliches Tier ein Kind bekommt? Diese evolutionäre Frage ist nach wie vor umstritten und unbeantwortet. Viviparie – die Erhaltung eines Embryos im Inneren eines Elternteils bis zur Geburt – ist weit verbreitet, jedoch die aufwendigste Form der Fortpflanzung. Sie ist bei Weibchen weiter verbreitet, doch bei einigen Tieren, wie z. B. Seepferdchen, ist es das Männchen, das das Kind austrägt. Warum ist dies der Fall? Diese Fragen wurden im Rahmen des EU-finanzierten Projekts MALEPREG von einem Forschungsteam unter der Leitung von Olivia Roth, Professorin für marine Meeresbiologie an der Universität Kiel, untersucht. Roth analysierte die Evolution des Paarungssystems, um die Fitnessnutzen zu ermitteln, die zur Evolution der Viviparie führten. Der Schwerpunkt des Projekts lag auf Syngnathidae (Seenadeln und Seepferdchen), von denen die meisten eine umgekehrte Geschlechterrolle haben und bei denen es bei verschiedenen Arten ein Gefälle zwischen vollständiger Viviparie (im Körper) und dem Austragen der Embryonen auf der Bauchseite gibt. „Obwohl sich Schwangerschaft im Tierreich über 150 Mal evolvierte, ist die Entwicklung der männlichen Schwangerschaft bei den Syngnathidae einzigartig“, sagt Roth. „Die Schwangerschaftsforschung befasst sich nur selten mit dieser erstaunlichen Konvergenz, sondern konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung der Einlingsschwangerschaft bei Säugetieren.“
Über das Säugetiermodell hinaus
Um tiefere Einblicke in die Evolution der Schwangerschaft zu gewinnen, ging das Team des Projekts MALEPREG, das vom Europäischen Forschungsrat unterstützt wurde, über das Modell der Schwangerschaftsevolution bei Säugetieren hinaus. „Indem wir die Evolution der männlichen Schwangerschaft mit der von Säugetieren verglichen, konnten wir überraschende Ähnlichkeiten in der Anpassung aufzeigen und gemeinsame molekulare Mechanismen identifizieren“, so Roth. „Diese sind vermutlich bei vielen anderen Formen der Schwangerschaftsevolution identisch und spiegeln daher sehr wahrscheinlich allgemeine Anpassungsmuster wider, die für die Entwicklung der Schwangerschaft erforderlich sind.“ Die Forschenden untersuchten zudem die verschiedenen Formen der männlichen Schwangerschaft, von solchen, die Embryonen nur auf einer Seite ihres Körpers tragen, über solche mit Bruttasche bis hin zu solchen mit plazentaähnlichen Strukturen, die die Embryonen während der Schwangerschaft ernähren. Das Team setzte ein breites Spektrum von Methoden ein, darunter die vergleichende Genomik, um den Verlust und die Zunahme von Genen in der Evolution der Schwangerschaft zu ermitteln, sowie die Rolle des Mikrobioms in der Evolution der männlichen Schwangerschaft und die Art und Weise, wie Mikroorganismen die sich entwickelnde Nachkommenschaft formen.
Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Viviparie und dem Immunsystem
Im Rahmen von MALEPREG wurde darüber hinaus die Koevolution von Immunsystemen, spezifischen Mikroorganismen und Schwangerschaft untersucht, von denen angenommen wird, dass sie eng miteinander verbunden sind. „Immunologische Anpassungen scheinen sich auf den Kern der Schwangerschaftsevolution zu stützen. Wir nutzten daher einen experimentellen Ansatz mit Flossentransplantaten, um die Erkennung von Selbst und Nicht-Selbst zu verstehen“, sagt Roth.
Entdeckung ähnlicher evolutionärer Pfade
Obwohl die männliche Schwangerschaft bei Syngnathidae und die weibliche Schwangerschaft bei Säugetieren unterschiedlich und völlig unabhängig voneinander sind, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass diese Anpassungen auf sehr ähnlichen Mechanismen beruhen. „Die Regulierung spezifischer Immunitätsgene, die bei Säugetieren für den Erfolg einer Schwangerschaft unerlässlich sind, umfasst genau die Gene, die im Genom der Syngnathidae verloren gegangen sind“, so Roth. „Ein Verlust dieser Gene könnte die evolutionäre Chance für die Entwicklung der männlichen Schwangerschaft geboten haben.“ Einige dieser verlorenen Gene spielen eine wichtige Rolle in einem Signalweg, der für die Erkennung von Selbst und Nicht-Selbst unerlässlich ist und der für die immunologische Toleranz des Embryos während der gesamten Schwangerschaft bei Säugetieren eine wichtige Rolle spielt. „Wir stellten fest, dass viele bekannte Schwangerschaftsgene von Säugetieren während der männlichen Schwangerschaft unterschiedlich reguliert werden“, sagt Roth. „Dies hat unser Verständnis dafür vertieft, dass die Evolution unabhängig voneinander ähnliche Werkzeuge für die Entwicklung eines bestimmten Merkmals einsetzt.“
Schlüsselbegriffe
MALEPREG, Seepferdchen, Viviparie, männliche Schwangerschaft, Säugetier, Gene, Immunsystem, evolutionäre Pfade
