Die Vögel, die Bienen, die Schimpansen, die Menschen – wir alle tun es, aber nur wenige wissen, dass sich die sexuelle Fortpflanzung zuerst bei Lebewesen entwickelt hat, die ganz anders sind als wir selbst.
Was waren sie also und wie hat alles angefangen? Was ist die wahre Geschichte der Vögel und der Bienen?
Die Anfänge der sexuellen Fortpflanzung waren für Wissenschaftler schon immer ein Rätsel. Heute pflanzen sich 99 % der mehrzelligen Lebewesen auf der Erde – die großen Organismen, die wir sehen können – sexuell fort. Alle haben ihre eigenen Mechanismen, aber warum sich dieser Prozess entwickelt hat, ist ein großes Rätsel.
Selbst für Darwin, den Vater der Evolution, war Sex verwirrend
Selbst für Darwin, den Vater der Evolution, war Sex verwirrend. Er schrieb im Jahr 1862: „Wir kennen nicht einmal im Geringsten die letzte Ursache der Sexualität; warum neue Wesen durch die Vereinigung der beiden sexuellen Elemente entstehen sollten. Das ganze Thema ist noch im Dunkeln verborgen.“
Viele Arten sind von der Sexualität völlig eingenommen und tun alles, um eine Partnerin zu finden. Der männliche Laubenvogel baut aufwendige Nester, um die Weibchen zu beeindrucken; der Schwanz des weiblichen Glühwürmchens leuchtet hell, um das Männchen anzulocken; selbst der Duft, den eine Blume verströmt, ist nur ein raffinierter Trick, um Insekten anzulocken, die den Pollen aufnehmen und sich dann auf die benachbarten Pflanzen stürzen, um sie zu befruchten.
Bei all dieser hypnotischen Vielfalt folgen alle sich sexuell fortpflanzenden Organismen demselben grundlegenden Weg, um neue Nachkommen zu erzeugen – zwei Mitglieder derselben Art kombinieren ihre DNA, um ein neues Genom zu erzeugen.
Vor der Entwicklung des Geschlechts erfolgte die gesamte Fortpflanzung asexuell, d.h. durch Zellteilung
Vor der Entwicklung des Geschlechts erfolgte die gesamte Fortpflanzung asexuell, d.h. durch Zellteilung – ein Organismus teilt sich buchstäblich in zwei Hälften, um zwei zu bilden.
Es ist ein einfacher Kopier- und Teilungsmechanismus, den alle Bakterien, die meisten Pflanzen und sogar einige Tiere zumindest zeitweise anwenden.
Der Mechanismus der ungeschlechtlichen Fortpflanzung ist viel effizienter und weniger chaotisch als die sexuelle Fortpflanzung. Eine ungeschlechtliche Art muss keine Zeit und Energie darauf verschwenden, einen Partner zu suchen und zu beeindrucken, sie wächst einfach und teilt sich in zwei Teile. Im Gegensatz dazu ist es mühsam und manchmal gefährlich, einen Partner für die sexuelle Fortpflanzung zu finden.
Eine ungeschlechtliche Spezies muss keine Zeit und Energie auf die Suche nach einem Partner verschwenden, um ihn zu beeindrucken
Und dann sind da noch die anderen offensichtlichen Kosten des Sex. Das Zusammenfügen von Teilen zweier getrennter Genome erfordert eine andere Art von Prozess – ein Ei muss befruchtet werden. Das bedeutet auch, dass jeder Elternteil nur die Hälfte seiner Gene an die Nachkommen weitergibt. Ungeschlechtliche Eltern dagegen erzeugen Nachkommen, die im Grunde genommen nur Kopien ihrer selbst sind, was in einer Welt, in der uns gesagt wird, dass unsere Gene aus Egoismus ihr Überleben sichern wollen, ein besserer Ansatz ist.
Warum also sollten so viele Arten den langen und verschlungenen Weg der sexuellen Fortpflanzung wählen, wenn es doch einen einfacheren Weg gibt? Sex muss einen evolutionären Vorteil bieten, der die offensichtlichen Nachteile aufwiegt.
Im Jahr 1886 schlug der deutsche Evolutionsbiologe August Weismann einen solchen Vorteil vor. Er sagte, dass die sexuelle Fortpflanzung die Gene neu mischt, um „individuelle Unterschiede“ zu schaffen, auf die die natürliche Auslese wirkt. Im Grunde genommen ist Sex eine Gelegenheit für zwei Organismen derselben Art, ihre Ressourcen zu bündeln.
In einigen Studien wurden sich ungeschlechtlich fortpflanzende Arten dazu gebracht, sexuell zu werden
Einige ihrer Nachkommen tragen eine vorteilhafte Mischung guter Gene von beiden Elternteilen, was bedeutet, dass sie besser auf Umweltbelastungen reagieren, die ungeschlechtliche Arten in große Gefahr bringen würden. Sex kann sogar das Tempo der Evolution beschleunigen – ein offensichtlicher Vorteil, wenn sich die Umweltbedingungen ebenfalls schnell ändern.
Der ultimative Beweis für diese Vorteile von Sex stammt aus Studien, in denen sich ungeschlechtlich reproduzierende Arten dazu gebracht wurden, sich geschlechtlich fortzupflanzen. Primitive einzellige Organismen kommen in der Regel gut mit der ungeschlechtlichen Fortpflanzung zurecht, aber wenn die Umweltbelastungen hoch sind, können sie sich in geschlechtliche Arten verwandeln.
Umweltbelastungen können alles sein, von einem leichten Wetterumschwung bis hin zu einem Meteoriteneinschlag.
Der Ursprung der geschlechtlichen Fortpflanzung ist seit langem ein Rätsel, zum Teil deshalb, weil wir die Welt so beobachten, wie sie jetzt ist, wo viele ungeschlechtliche Organismen gedeihen und einige Organismen, die sich auf beide Arten fortpflanzen können, immer noch die ungeschlechtliche Fortpflanzung zu bevorzugen scheinen. Zu diesen Organismen gehören Hefe, Schnecken, Seesterne und Blattläuse.
Die von ihnen gewählte Fortpflanzungsmethode hängt jedoch von den sie umgebenden Umweltbedingungen ab – die meisten pflanzen sich nur in Stresssituationen geschlechtlich fort und vermehren sich in der übrigen Zeit ungeschlechtlich.
Die frühe Welt war jedoch ein viel unwirtlicherer Ort, an dem sich die Umwelt oft sehr schnell veränderte. Unter diesen Umständen könnten hohe Mutationsraten unter den richtigen Bedingungen einen ungeschlechtlichen Organismus dazu gezwungen haben, sich sexuell fortzupflanzen.
Die in den Gesteinen enthaltenen Fossilien können uns mehr über den Ursprung der sexuellen Fortpflanzung verraten, aber Fossilien sind spärlich und schwer zu finden, so dass es schwierig ist, genau zu sagen, was passiert ist. Chris Adami von der Michigan State University betrachtet den Prozess theoretisch.
Sex bedeutet, einen guten Partner zu wählen und damit eine bessere Zukunft für die Nachkommen zu wählen
Adami erklärt, dass man die Evolution in Bezug auf Informationen betrachten kann – die Dinge, die man wissen muss, um überleben zu können. Bei der Evolution geht es um „Informationserhalt und Informationserwerb – je mehr man weiß, desto besser ist man“, sagt er.
Es handelt sich also um einen „Lernprozess“ – ein Organismus „lernt“ neue Informationen, insbesondere in einer sich verändernden Umwelt, und der Organismus gibt diese Lektionen (in seiner DNA) an die nächste Generation weiter, um ihr das Überleben zu erleichtern.
Sex ermöglicht dies auf effizientere Weise, indem er den Arten einen einfacheren Weg bietet, sich nützliche Informationen zu „merken“ – sie sind in ihren Genen kodiert. Das liegt daran, dass bei diesem Prozess ein Sexualpartner gewählt wird, der seinerseits die Geschlechtsreife erreicht hat, indem er gute Entscheidungen getroffen hat. Sex bedeutet, einen guten Partner zu wählen und damit eine bessere Zukunft für die Nachkommen zu wählen.
„Erwerb und Erhalt von Informationen sind notwendig, damit die Evolution funktioniert – sich an das Alte zu erinnern und sich die Zukunft vorzustellen.“
Dieses Element der Wahl hilft, ein weiteres Rätsel zu erklären: Warum brauchen wir Männchen? Wenn nur die Hälfte der Nachkommen – die Töchter – tatsächlich Nachkommen zeugen, warum hat sich die Evolution dann die Mühe mit Söhnen gemacht? Warum sind nicht alle Nachkommen in der Lage, Junge zu zeugen?
Darwins Lösung des Rätsels um die Männchen bestand darin, dass die natürliche Auslese nicht der einzige evolutionäre Druck war, der auf das Geschlecht wirkte. Es gab noch etwas anderes – etwas, das Darwin sexuelle Selektion nannte. Dabei handelt es sich im Grunde um die Bevorzugung bestimmter Merkmale bei Individuen des anderen Geschlechts durch ein Geschlecht.
Warum hat sich die Evolution die Mühe mit Söhnen gemacht? Warum sind nicht alle Nachkommen in der Lage, Junge zu zeugen?
Eine 2015 veröffentlichte Studie ergab, dass es für Männchen lebenswichtig ist, um die Fortpflanzung zu konkurrieren und für Weibchen, zwischen diesen konkurrierenden Männchen zu wählen. Die sexuelle Selektion durch das Vorhandensein von zwei Geschlechtern erhält die Gesundheit der Population und schützt sie vor dem Aussterben.
Sie trägt dazu bei, eine positive genetische Variation in einer Population zu erhalten. Wenn ein Individuum im Kampf um die Fortpflanzung Konkurrenten aussticht und Partner anzieht, muss es in den meisten Dingen gut sein. Die sexuelle Selektion ist also ein wichtiger und wirksamer Filter, um die genetische Gesundheit der Population zu erhalten und zu verbessern.
Die Ergebnisse helfen zu erklären, warum das Geschlecht als dominanter Mechanismus für die Erzeugung von Nachkommen bestehen bleibt. Letztlich entscheidet es darüber, wer seine Gene in die nächste Generation fortpflanzt.
Sex, wie wir ihn kennen, lässt sich mindestens bis zu einem primitiven Fisch zurückverfolgen
Sex ist eine weit verbreitete und sehr mächtige evolutionäre Kraft, aber wann hat die Evolution von Sex eigentlich stattgefunden und welche Arten von Lebewesen waren die ersten, die damit anfingen?
Die meisten denkenden Menschen akzeptieren die Evolutionstheorie, nach der sich der Mensch aus einem gemeinsamen Vorfahren mit dem Affen entwickelt hat, der sich wiederum aus noch primitiveren Organismen entwickelt hat. Diese Überlegungen gehen auf das Jahr 1871 zurück, als Darwin The Descent of Man and Selection in Relation to Sex veröffentlichte.
Die Evolution des Geschlechts, wie wir sie kennen, lässt sich jedoch viel weiter zurückverfolgen als bis zu unseren affenartigen Vorfahren. Sie geht mindestens so weit zurück wie ein primitiver Fisch namens Microbrachius dicki. Der fossile Beweis dafür wurde in 385 Millionen Jahre alten Felsen in Schottland gefunden.
„Microbrachius“ bedeutet „kleine Arme“, aber erst vor kurzem haben Wissenschaftler erkannt, wozu diese kleinen Arme dienten. An den Armen befinden sich kleine Saugnäpfe, und eine sorgfältige Analyse der Fossilien zeigte, dass die weiblichen Exemplare kleine Platten hatten, die die männlichen Exemplare festhielten, ähnlich wie bei einem Klettverschluss: Die Arme waren an der sexuellen Fortpflanzung beteiligt.
Um den wirklichen Ursprung der sexuellen Fortpflanzung zu verstehen, müssen wir allerdings 1,2 Milliarden Jahre in die Vergangenheit zurückgehen.
Es handelt sich aber nicht um irgendeine Art von sexueller Fortpflanzung. Diese Fische waren die ersten uns bekannten Wirbeltiere, die sich durch innere Befruchtung fortpflanzten, so wie der Mensch. Sie waren auch die ersten Arten, die das zeigten, was Biologen Sexualdimorphismus nennen: Männchen und Weibchen sehen unterschiedlich aus.
Die meisten Fische pflanzen sich heute fort, indem sie Eier und Spermien außerhalb des Körpers freisetzen. Die Forscher sind sich nicht sicher, warum M. dicki ein internes Befruchtungssystem entwickelte, aber die Tatsache, dass es dies tat, ebnete den Weg für die sexuelle Fortpflanzung in ihrer bekanntesten Form.
Um den wahren Ursprung der sexuellen Fortpflanzung zu verstehen, müssen wir jedoch noch weiter in die Vergangenheit zurückgehen. Wir wissen, dass alle sich sexuell fortpflanzenden Organismen von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen. Um zu erfahren, wo und wann dieser Vorfahre gelebt hat, müssen wir die Hinweise analysieren, die in den spärlichen Fossilienaufzeichnungen enthalten sind.
Es sind Gesteine in der kanadischen Arktis, die die Hinweise enthalten, nach denen die Wissenschaftler suchen. Die Gesteine wurden vor 1,2 Milliarden Jahren in marinen Gezeitenumgebungen abgelagert und enthalten Fossilien, die uns etwas über die erste sexuelle Fortpflanzung verraten.
Ein Fossil namens Bangiomorpha pubescens ist ein mehrzelliger Organismus, der sich sexuell fortpflanzte, das älteste bekannte Vorkommen im Fossilbericht. B. pubescens war kein Fisch oder gar ein Tier. Es war eine Form von Rotalge oder Seetang. Es waren Algen, die zum ersten Mal Sex hatten.
Der Beweis dafür, dass diese Fossilien sich sexuell fortpflanzten, liegt in der Feststellung, dass die Sporen oder reproduktiven Zellen, die sie erzeugten, in zwei Formen vorlagen – männlich und weiblich. Heute wissen wir, dass Rotalgen keine Spermien haben, die aktiv schwimmen. Sie sind auf Wasserströmungen angewiesen, um ihre Fortpflanzungszellen zu transportieren, und so haben sie es wahrscheinlich auch in den letzten 1,2 Milliarden Jahren getan.
Es waren die Algen, die zum ersten Mal Sex hatten
Rotalgen sind eine der größten und ältesten Algengruppen, mit etwa 5.000 bis 6.000 Arten von überwiegend mehrzelligen Meeresalgen, darunter viele bemerkenswerte Algen.
Sie sind eine sehr vielfältige Gruppe, und sie sind seit 1,2 Milliarden Jahren in ihrem Aussehen sehr ähnlich geblieben. Diese Langlebigkeit bedeutet, dass man sie als „lebende Fossilien“ bezeichnen kann – sie sind ein Überbleibsel der Vergangenheit, das uns daran erinnert, woher wir kommen.
Es ist die ungewöhnlich raue und sich verändernde Umwelt, in der B. pubescens lebte, die möglicherweise dazu führte, dass sich vor 1,2 Milliarden Jahren das Geschlecht entwickelte.
Galen Halverson von der McGill University in Montreal, Kanada, erklärt: „Was das Klima betrifft, so scheinen die Fossilien von Bangiomorpha pubescens etwa zur gleichen Zeit aufgetaucht zu sein, als Hunderte von Millionen Jahren relativer Umweltstabilität zu Ende gingen. Wir sehen zu dieser Zeit große Störungen im Kohlenstoff- und Sauerstoffkreislauf, was auf große Umweltveränderungen hindeutet.“
Zu dieser Zeit war das Geschlecht entscheidend für den späteren Erfolg und die Evolution der mehrzelligen Organismen. Diese Fossilien markieren also bedeutende Fortschritte in der Evolution des Lebens. Halverson fügt hinzu: „Die Zusammenhänge zwischen sexueller Fortpflanzung, Vielzelligkeit, Sauerstoffanreicherung und dem globalen Kohlenstoffkreislauf bleiben nebulös, aber es ist schwer, nicht zu vermuten, dass diese Ereignisse eng miteinander verknüpft sind.“
Die Untersuchung dieser Gesteine, um die Art der Umgebung zu verstehen, die die Entwicklung von Sex ermöglichte, und folglich den Ursprung der Vielzelligkeit auf unserem Planeten zu verstehen, gibt nicht nur Aufschluss über unsere Vergangenheit und unsere Herkunft, sondern auch über das Potenzial für die Entwicklung von Leben auf anderen Planeten.
Es ist schwer vorstellbar, dass Algen der Auslöser der sexuellen Revolution waren, aber es waren diese bedeutenden evolutionären Entwicklungen vor 1,2 Milliarden Jahren, die den Weg für das Leben auf der Erde, wie wir es kennen, geebnet haben.
Vivien Cumming ist auf Twitter und Instagram: @drvivcumming
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