Auf die Grösse kommt es an – bei den Spermien

Die winzigen Taufliegen haben extrem lange Samenfäden. Aus einem ganz einfachen Grund.

Sexuelle Selektion: Taufliegen (Drosophila melanogaster) paaren sich. Foto: Paco Romero-Ferrero (Flickr)

Sexuelle Selektion: Taufliegen (Drosophila melanogaster) paaren sich. Foto: Paco Romero-Ferrero (Flickr)

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Wenn männliche Taufliegen sich fortpflanzen wollen, bezirzen sie die Auserwählte und umkreisen sie. Die nur zwei Millimeter kleinen Männchen führen dazu einen beeindruckenden Balztanz auf. Dabei strecken sie abwechselnd jeweils einen ihrer filigranen Flügel in die Luft und vibrieren mit ihm, sodass ein hoher, für den Menschen nicht hörbarer Ton entsteht. Mehrere Minuten versucht das Männchen durch seine akrobatische Show das Weibchen zu beeindrucken und zu erobern.

«Will ein Weibchen nicht, hat das Männchen keine Chance», sagt der Evolutionsbiologe Stefan Lüpold von der Universität Zürich, der die Taufliegen­art Drosophila melanogaster schon seit sechs Jahren im Labor studiert. Während die Fliege als Modellorganismus für die Forschung äusserst beliebt ist, unter anderem auch wegen ihrer hohen Reproduktionsrate, sieht man sie in freier Wildbahn eher nicht so gern umherschwirren. Denn das Weibchen setzt sich nach der Paarung zum Beispiel in der Küche auf herumliegendes Obst, um dort durchschnittlich rund zwei Dutzend befruchtete Eier pro Tag in den Rissen der Schale abzulegen.

Nicht monogam

Die Männchen müssen um die Weibchen regelrecht buhlen, damit sie überhaupt eine Partnerin finden. «Nur die Fittesten können sich fortpflanzen», sagt Lüpold. Auch bei Taufliegen gebe es eine sexuelle Selektion, die jedoch aufgrund der Grösse der Tiere nicht ganz so offensichtlich sei wie etwa beim Hirsch mit dem grössten Geweih oder beim Pfauenmännchen mit den am buntesten schillernden Federn. Doch bei den kleinen Taufliegenmännchen – ähnlich wie auch bei vielen anderen Tierarten – ist das Ausschalten des Rivalen nur die erste zu bewältigende Etappe. Der Grund: Die Weibchen sind nicht monogam. Sie paaren sich mehrmals, sodass sich der Kampf gegen die Konkurrenz auch auf der Ebene der Spermien fortsetzt.

Wie Lüpold jetzt zusammen mit Scott Pitnick und anderen Kollegen in den USA nachweisen konnte, haben Taufliegen im Lauf der Evolution dafür ganz eigene Strategien entwickelt. Statt wie sonst üblich möglichst viele, kleine männliche Keimzellen zu produzieren, machen die Männchen der Taufliege genau das Gegenteil. Sie stellen nur relativ wenig, dafür enorm lange Spermien her. So sind diese beispielsweise bei Drosophila melanogaster fast so lang wie der gesamte Körper des Männchens.

Noch extremer ist die Taufliegenart Drosophila bifurca, die knapp sechs Zentimeter lange Spermien herstellt. «Diese sind tausendmal länger als diejenigen des Menschen», sagt Lüpold, «und zwanzigmal länger als ihr eigener Körper.» Umgerechnet auf einen erwachsenen Mann, hätte ein Spermium dann eine Länge von 36 Metern.

Das abgerollte Spermium einer männlichen Drosophila bifurca ist mit gut 6 Zentimetern rund zwanzigmal länger als ihr Körper. Foto: Romano Dallai

Das Riesenspermium der Drosophila bifurca ist zu einem kompakten Knäuel aufgewickelt und entwirrt sich erst im weiblichen Geschlechtstrakt. Je grösser es ist, umso erfolgreicher verdrängt es andere, kleinere Spermien im weiblichen Genitaltrakt, die von Nebenbuhlern stammen. Zu diesem Schluss kommt das Forscherteam in seiner Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift «Nature» veröffentlicht wurde.

Dennoch dringt nur der Kopf eines Taufliegenspermiums in die Eizelle ein. Der Schwanz der Zelle löst sich nach der Befruchtung ab. Von daher macht es auf den ersten Blick wenig Sinn, dass ein Männchen so viel Energie und Zeit in die Produktion eines Spermiums mit ­Rekordlänge steckt. Denn um solche ­Giganten herzustellen, brauchen die Männchen überdimensionierte Hoden, die elf Prozent des Körper­gewichts ausmachen und deren Wachstum fast drei Wochen, also fast das halbe Leben eines adulten Männchens braucht.

Wahl des Weibchens

Allein mit der Grösse beziehungsweise Länge können die Männchen allerdings das Rennen nicht gewinnen. Laut Lüpold und Kollegen spielen auch die Geschlechtsorgane des Weibchens eine entscheidende Rolle für den Erfolg der Riesenspermien. Denn dort finde schliesslich die Auswahl des Siegerspermiums statt. Anhand von gentechnisch markierten Taufliegenmännchen, deren Spermienköpfe entweder rot oder grün fluoreszieren, konnten die Forscher den bizarren Wettlauf der Spermien im weiblichen Genitaltrakt direkt unter dem Mikroskop beobachten. Denn das Weibchen hatte sich zuvor unter Laborbedingungen mit einem Männchen jeder Spermienfarbe gepaart.

Es sind komplexe genetische und morphologische Zusammenhänge zwischen dem weiblichen Geschlechtstrakt und den Spermien, die zur Evolution dieses Gigantismus geführt haben. So verbessern die grösseren Speicherorgane der Weibchen den Wettbewerbsvorteil langer Spermien. Diese weibliche «Präferenz» für lange Spermien und der Fortpflanzungsvorteil längerer Spermien unter den Männchen haben sich gegenseitig zu einer Art Riesenwuchs hochgeschaukelt.

Fitte Väter

Weil die Produktion grosser Spermien enormen Aufwand erfordert, ist deren Anzahl stark eingeschränkt. Das hat zur Folge, dass sich die Weibchen häufiger paaren müssen, um ihre Spermien­vorräte aufzufrischen. Nur die fittesten und gesündesten Männchen können mit ihrer Spermienproduktion mithalten. Kleine und schwache Männchen haben dagegen bereits nach wenigen Paarungen ihre Spermienvorräte auf­gebraucht.

Auf diese Weise stellen die Weibchen durch die gezielte Förderung längerer Spermien sicher, dass ihre Nach­kommen auch die «guten» Gene ihrer Väter erben. Tatsächlich hat das Forscherteam gezeigt, dass bei Taufliegen­arten mit besonders langen Spermien das Fortpflanzungspotenzial der Männchen sehr stark an deren physische Kondition gekoppelt ist.

Obwohl die Forscher über die Besonderheiten der Taufliegen bereits viel wissen, sorgen die kleinen Tierchen dennoch immer wieder für Überraschungen. «Die Spermien von Drosophila melanogaster schwimmen zum Beispiel rückwärts», sagt Lüpold. Mit dem Schwanz voran. Warum dies so ist und ob es auch andere Drosophila-Arten machen, ist bisher noch unbekannt.

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 27.06.2016, 21:17 Uhr

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