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Spermien unter dem Mikroskop.

Spermien bilden Seilschaften

Zwei US-Biologinnen haben an Mäusen eine neue Facette der Konkurrenz unter Spermien entdeckt. Sie erkennen fremde Rivalen und schließen sich spontan zusammen, um schneller schwimmen zu können.

Biologie 21.01.2010

Konkurrenz auf allen Ebenen

Biologiehistorisch betrachtet waren die 1970er Jahre ein besonderes Jahrzehnt, eines, in dem der Neo-Darwinismus Grenzen überschritt: Der US-Biologe Edward O. Wilson prägte den Begriff "Soziobiologie", der Brite Richard Dawkins propagierte das Konzept vom "egoistischen Gen" und sein Landsmann Geoffrey Parker entwickelte die Idee der Spermienkonkurrenz.

Sie führte das Lotterieprinzip in die Biologie ein, das da lautet: Wer mehr Tickets kauft, hat größere Gewinnchancen. Männer geben etwa pro Ejakulation rund 500 Millionen Spermien ab, obwohl sie damit nur eine Eizelle befruchten können. Eigentlich ein absurdes Missverhältnis, das nach einer Erklärung ruft. Nach Parkers Konzept dient die Masse der Spermien vor allem dem Zweck, die Befruchtungschancen von Nebenbuhlern zu verringern. Wobei diese Strategie vor allem für polygame Arten sinnvoll sein müsste.

Ein Organvergleich unter Primaten bestätigt diese Vermutung. Die in äußerst stabilen Beziehungen lebenden Gorillas haben relativ kleinere Hoden als die promisker veranlagten Menschen. Wir sind wiederum in Sachen Hodengröße den Bonobos klar unterlegen, die Partnerwechsel mit der gleichen Routine betreiben wie unsereins das Händeschütteln (Nature, Bd. 293, S. 55).

Enzyme als Waffe

So leitete auch Darwin sein Ur-Manuskript zur "Entstehung der Arten" mit dem Satz ein: "De Candolle hat einmal in beredter Weise erklärt, die ganze Natur sei im Kriege begriffen ..."

Wie der australische Biophilosoph John Wilkins hingewiesen hat, findet sich das Thema vom "Kampf ums Dasein" bereits bei Heraklit und Aristoteles und lässt sich über Linné, Kant, Herder und Cuvier in die Gegenwart verfolgen - bis zur Theorie der Spermienkonkurrenz.

In den 1990ern entdeckten Forscher, dass es sogar spezialisierte Spermien gibt, die nur dazu da sind, Konkurrenz von der Eizelle fernzuhalten. Etwa solche, die, mit Enzymen bewaffnet, fremde Spermien gezielt eliminieren. "Kamikaze-" und "Killer-Spermien" wurden sie genannt, doch derlei Kriegsmetaphern sind nur die halbe Wahrheit.

Aus Konkurrenz kann nämlich auch Kooperation entstehen, das ist hinlänglich aus Tiergemeinschaften bekannt - und das gilt offenbar auch für Spermien. Wie die beiden US-Biologinnen Heidi Fisher und Hopi Hoekstra im Fachblatt "Nature" schreiben, unterscheiden Spermien nicht nur Freund und Feind, sie haben auch einen besonderen Trick für verschärfte Konkurrenzbedingungen in petto.

Schulterschluss der Keimzellen

"Das Rennen zum Ei ist immer hart, aber es ist besonders hart, wenn die Spermien verschiedener Männchen miteinander konkurrieren", erklärt Fisher in einer Aussendung. "Wenn sich Weibchen mit verschiedenen Männchen paaren, bilden Spermien mitunter Gruppen, um ihre Kräfte zu vereinigen und die Konkurrenz zu überholen. Wir haben nachgewiesen, dass diese Kooperation nur unter nahen Verwandten passiert. Nämlich unter Spermien, die vom selben Männchen stammen."

Spermienbündel, sichtbar gemacht mit fluorszierenden Farbstoffen.

Heidi S. Fisher/Harvard University

Spermien verschiedener Männchen (grün und rot) schließen sich zu Schwimm-Gemeinschaften zusammen.

Die Studie "Competition drives cooperation among closely related sperm of deer mice" wurde online in "Nature" veröffentlicht (doi: 10.1038/nature08736).

Fisher und Hoekstra verglichen in ihrer aktuellen Studie zwei nahe verwandte Mausarten: Die Küstenmaus ist monogam, die Hirschmaus indes wechselt ihre Partner mitunter im Minutentakt. Die Unterschiede im Paarungsverhalten spiegelten sich auch bei Versuchen in der Petrischale wider. Spermien der Küstenmaus reagierten auf die Zugabe von Fremdspermien gar nicht, die der Hirschmaus hingegen erwiderten dies mit spontanen Zusammenschlüssen.

Der Effekt stellte sich sogar ein, wenn Spermien zweier Brüder vermischt wurden, was dafür spricht, dass die Bestimmung des Verwandtschaftsgrades über recht subtile chemische Signale läuft - vermutlich über ein oder mehrere Oberflächenproteine auf dem Spermienkopf. "Was auch immer der Erkennungsfaktor ist", sagt Fisher, "er muss äußerst variabel sein."

Vermutlich weit verbreitet

Ihre Kollegin Hoekstra fügt hinzu: "Nachdem 95 Prozent aller Säugetiere promisk sind, könnte die Fähigkeit zur Unterscheidung und zur Kooperation weit verbreitet sein."

Ob das Phänomen auch beim Menschen auftritt, ist unklar. Harry Moore von der University of Sheffield hat bereits vor ein paar Jahren ähnliche Versuche durchgeführt, aber kaum Hinweise darauf gefunden, dass sich menschliche Spermien kooperativ verhalten könnten. Vermutlich mangelt es ihnen einfach an der entsprechenden Mechanik. Die untersuchten Mäusespermien besitzen nämlich auf ihrem Kopf kleine Haken, mit deren Hilfe sie sich an Ihresgleichen heften. Bei menschlichen Spermien fehlen sie.

Robert Czepel, science.ORF.at

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