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Spermien unter dem Mikroskop.

Spermien: In der Gruppe schneller

Der Weg zum Ei gleicht einem Wettrennen, in dem allerdings nur ein Spermium ins Ziel kommt. Dennoch kooperieren die schnellen Schwimmer mitunter. In optimaler Weise tun sie das bei Arten mit wechselnden Geschlechtspartnern, wie eine Studie an Mäusen gezeigt hat.

Konkurrenzkampf 23.07.2014

Kooperation gegen Konkurrenz

Die Studie in den "Proceedings of the Royal Society B":

"The dynamics of sperm cooperation in a competitive environment" von Heidi S. Fisher et al., erschienen am 23. Juli 2014.

Der Wettlauf zum Ei ist immer hart, noch härter wird er, wenn Spermien verschiedener Männchen im Bewerb sind. Dass diese harte Konkurrenz im Tierreich auch zu Kooperation führen kann, haben die Forscher um Heidi S. Fisher und Hopi E. Hoekstra von der Harvard University bereits in einer 2010 in "Nature" erschienenen Studie berichtet.

Diese hatte ergeben, dass Spermien bei promisken Arten eher Seilschaften bilden als bei monogamen. Natürlich schließen sich dabei nur Samenzellen desselben Erzeugers zusammen, offenbar verschafft ihnen dies Vorteile gegenüber ihrer Konkurrenz. Wie sie einander erkennen, ist allerdings unklar.

Optimale Gruppengröße

Für seine aktuelle Untersuchung hat das Team erneut Spermien derselben Mausarten verglichen, nämlich Samenzellen der Küstenmaus, die streng monogam lebt, mit Exemplaren der Hirschmaus, die ihre Partner mitunter im Minutentakt wechselt.

Zuerst formulierten die Forscher ein mathematisches Modell, welchen Nutzen ein Zusammenschluss mehrerer Spermien haben könnte. Für einen solchen sind die Samenzellen beider Arten grundsätzlich ganz gut ausgerüstet: Auf ihren Köpfen befindet sich ein kleiner Haken, mit dem sich die Konkurrenten bei Bedarf zusammenhängen können.

Das Modell nimmt Anleihe bei von anderen Tierarten bekannten Schwarmverhalten, etwa von Vögeln oder Fischen. Die Berechnungen zeigten, dass es ein Optimum beim Zusammenschluss gibt, bis zu welchen die Spermien in Summe schneller sind als ein einzelnes. Wird die Gruppe allerdings zu groß, wirkt das wie eine Bremse.

Direkt ans Ziel

In der Folge überprüften die Wissenschaftler diesen Zusammenhang auch experimentell. Das Ergebnis war dasselbe: Bis zu sieben Spermien wurden die Seilschaften immer schneller, größere Zusammenschlüsse büßten wieder Geschwindigkeit ein. Laut den Forschern lässt sich das mechanisch erklären. Nachdem sich die Zellen nur am Kopf aneinander heften können, sind größere Konglomerate kontraproduktiv. Sieben Stück ergänzen sich perfekt, indem sie sich in eine Richtung bewegen. Mehr Exemplare behindern sich hingegen, da sie aufgrund der möglichen Anordnung eher gegeneinander als miteinander schwimmen.

Die Auswertung ergab zudem, dass nicht die Geschwindigkeit per se größer wird, sondern dass die optimale Gruppe einfach den direkten Weg nimmt und dadurch schneller ans Ziel kommt.

Überraschenderweise ist der optimale Zusammenschluss bei beiden Mäusearten zu finden, trotz des recht unterschiedlichen Paarungsverhaltens. Auch die durchschnittliche Gruppengröße ist bei beiden Tieren etwa gleich. Erst bei genauerem Hinschauen zeigte sich, dass die größere Konkurrenz unter den Hirschmausspermien sehr wohl einen Einfluss hat.

Denn trotz desselben Durchschnitts ist die Gruppengröße bei den Küstenmäusen sehr viel variabler und viele Spermienkonglomerate sind weiter weg vom Optimum. Den Forschern zufolge wirken sich die sexuelle Selektion und der Konkurrenzkampf stabilisierend aus. Daher seien bei der Hirschmaus weitaus mehr Zusammenschlüsse optimal oder zumindest in der Nähe des Optimums.

Eva Obermüller, science.ORF.at

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