Tierisches Ungleichgewicht

Eine Erklärung fanden sie jedoch erst bei einer Analyse der geschlechtsbestimmenden X- und Y-Chromosomen in den Spermien der Hippo-Männer. Jenseits statistischer Zufälligkeiten wiesen sie bei allen Männchen einen klaren Überhang an Spermien mit X-Chromosom im Samenerguss nach.

Es sind also die Zwergflusspferd-Bullen, die über die chromosomale Ausstattung ihrer Samenzellen für den Frauenüberschuss sorgen. Vermutlich hat sich das evolutionär entwickelt, da die Flusspferd-Bullen bereits im Alter von drei bis fünf Jahren paarungsbereit sind – und dies bis ins hohe Alter von immerhin 40 bis 50 Jahren bleiben. Dieser Mechanismus verringert die Konkurrenz um die Weibchen, lautet die Erklärung der Forscher.

Dagegen ist das Geschlechterverhältnis in der Vogelfamilie der Regenpfeifer beim Schlüpfen noch ausgewogen. Es verschiebt sich erst danach – zulasten der Weibchen. Unter den erwachsenen Schneeregenpfeifern liegt ihr Anteil nur noch bei rund einem Drittel. Luke Eberhart-Hertel vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen beschäftigt sich seit Jahren damit, wann sich dieses Geschlechterverhältnis ändert und wodurch das ausgelöst wird: „Sterben besonders viele Weibchen kurz nach dem Schlüpfen, oder ist die Zeit des Heranwachsens, des Fliegenlernens selektiv kritisch? Gibt es womöglich andere Ereignisse, die einen vorgezogenen Tod begünstigten – und falls ja: welche?“

Konkurrenz ums Futter

Mit seinem Forscherteam beobachtete Eberhart-Hertel fünf Arten von Regenpfeifern in sechs Populationen weltweit – insgesamt mehr als 6000 Vögel. Er analysierte Brut- und Paarungsverhalten, Fruchtbarkeit und Überlebensrate der Küken. Eindeutig zeigte sich: In allen Populationen schlüpften etwa gleich viele männliche wie weibliche Küken. Erst später gingen die Überlebenswahrscheinlichkeiten der Geschlechter auseinander, bei allen fünf Arten zugunsten der Männchen. Und die entscheidende Erkenntnis: „Die mit Abstand größten Verschiebungen traten in der Altersgruppe der heranwachsenden Vögel auf“, sagt Eberhart-Hertel, „und zwar innerhalb einer kurzen Zeitspanne in der Phase unmittelbar vor dem ersten Gefiederwechsel.“

Die Ursache dafür sehen die Wissenschaftler in dem höheren Schlüpfgewicht und in einer erhöhten Wachstums- beziehungsweise Stoffwechselrate bei Männchen. Denn das verschafft den männlichen Jungtieren einen Vorteil beim Konkurrenzkampf, wenn das Nahrungsangebot knapp ist.

Die Verschiebungen im Geschlechterverhältnis können Auswirkungen auf Brut und Aufzucht haben, erklärt Oliver Krüger vom Institut für Verhaltensforschung der Universität Bielefeld. „Wenn in einem Teil der Population eines der Geschlechter zahlenmäßig deutlich überwiegt, haben es die Vögel dort schwerer, einen Partner zu finden: Der Bestand kann einbrechen.“ Dem ist Eberhart-Hertel nachgegangen, fand jedoch keinen Beleg dafür. Aber er stieß bei den in großen Kolonien an der Nordwestküste Mexikos lebenden Schneeregenpfeifern auf einige Besonderheiten.

„Die Regenpfeifer entsprechen so gar nicht den Vorstellungen, die manch einer von einer Vogelfamilie hat“, sagt Eberhart-Hertel. Beide Eltern brüten, aber wenn die Küken geschlüpft sind, bleibt die Aufzucht dem Vater überlassen. Die Mutter sucht sich einen neuen Partner, aber sie wartet manchmal mit dem Abflug eine Weile. Ausschlaggebend dafür sind die Überlebenschancen der Jungvögel: „Kann der Vater die Kleinen allein durchbringen, ist sie weg. Auch wenn ihr die Lage aussichtslos erscheint, macht sie sich aus dem Staub“, erläutert Clemens Küpper vom Max-Planck-Institut für Ornithologie. Nur Lebenslagen von „machbar“ bis „schwierig, aber nicht hoffnungslos“ lassen die polygame Vogelfrau noch eine Weile im Nest verharren. Die Ursache für diese im Tierreich ungewöhnliche Rollenverteilung sehen die Forscher in der relativ geringen Zahl brutfähiger Weibchen.

Viele Fische, Reptilien und Amphibien haben keine Geschlechts-Chromosomen, bei ihnen bestimmen andere Faktoren die Richtung der geschlechtlichen Entwicklung – in der Regel die Umwelt. Biologen sprechen von einer modifikatorischen Geschlechtsdetermination.

Von einigen Hundert Fischarten ist bekannt, dass sie ihr Geschlecht einmal, manche sogar mehrmals im Laufe ihres Lebens wechseln können. Zu einem bestimmten Zeitpunkt sind sie allerdings entweder Männchen oder Weibchen. Anemonenfische zum Beispiel starten nach der Geburt als Männchen und bleiben das auch nach Erreichen der Geschlechtsreife. In einer einzigen Seeanemone oder in einer kleinen Gruppe von Seeanemonen leben die Männchen in Polyandrie: mehrere Männchen mit nur einem Weibchen. Das Weibchen ist das dominierende größte Tier des kleinen Schwarms. Um den Nachwuchs sorgt sich – wie im Film „Findet Nemo“ – jeweils allein das Männchen. So säubert es etwa vor dem Ablaichen am Fuß der Seeanemone penibel den Grund und kümmert sich nach der Eiablage bis zum Schlüpfen der Larven sieben bis zehn Tage später sorgsam um das Gelege.

Stirbt das Weibchen, wandelt sich bei dem stärksten Männchen das Geschlecht um. Dieser Prozess beginnt sofort, dauert jedoch einige Zeit. Wie Forscher jüngst veröffentlichten, wird zunächst innerhalb von rund sechs Monaten das Gehirn umgebaut. Erst wenn das abgeschlossen ist, folgen die Geschlechtsorgane. Nach gut einem Jahr ist die Verwandlung vollendet. Anemonenfische sind der erste bekannt gewordene Fall, bei dem sich die Umwandlung zunächst im Gehirn und dann in den Geschlechtsorganen vollzieht.

Einige Korallenfischarten sind da fixer. Zudem vollziehen sie den Prozess in umgekehrter Richtung. Die Anpassung des Verhaltensrepertoires ist in Minutenschnelle vollzogen, der Umbau des Körpers benötigt dann noch je nach Art ein paar Tage bis maximal drei Wochen.

Doch es gibt auch Fische, die männlich und weiblich zugleich sind. Sie befruchten sich aber nicht selbst, sondern paaren sich mit anderen Artgenossen: Durch die zweigeschlechtliche Vermehrung bleibt der Vorteil der genetischen Vielfalt erhalten. Manche Brutpaare einer Zackenbarsch-Art tauschen sogar bei jeder neuen Paarung die Rollen. Und bei den simultan zwittrigen Fischen ist es Forschern durch elektrische Reize gelungen, sie gleichzeitig zur Eiabgabe und zum Austausch von Spermien zu bewegen.

Zudem gibt es eine temperaturabhängige Geschlechtsausprägung – sie wurde vor 50 Jahren das erste Mal an Reptilien wissenschaftlich beschrieben. Madeline Charnier von der Universität Dakar im Senegal zeigte 1969 am Beispiel der Smaragdeidechse, dass ausschließlich die Brutwärme bestimmt, ob aus einem Ei ein männliches oder ein weibliches Reptil schlüpft. Eine genetische Verortung ist bis heute nicht bekannt. Dieses Phänomen ist bei sämtlichen Krokodil-, zahlreichen Schildkröten- und einigen Eidechsenarten verbreitet.

Unterschiedliche Temperaturmuster

Die entscheidenden Temperaturverläufe oder -sprünge sind je nach Spezies und Lebensbedingungen sehr unterschiedlich, ermittelten in den späten 1970er-Jahren James J. Bull und Michael Vogt von der University of Wisconsin in Madison, USA. So schlüpfen bei Krokodilen aus den Eiern ihrer sandbedeckten Gelege bei kühleren, meist bis circa 30 Grad Celsius liegenden Bruttemperaturen ausschließlich Weibchen. Zwischen 30 und 34 Grad Celsius erblicken beide Geschlechter das Licht der Welt. Und Bruttemperaturen von über 34 Grad lassen nur Männchen ausreifen.

Männliche und weibliche Schildkröten schlüpfen nach einem genau umgekehrten Temperaturmuster wie Krokodile. Wieder anders entwickeln sich manche Geckoarten: Hier führen sowohl niedrige als auch hohe Temperaturen zu Weibchen, und eine mittlere Temperaturspanne lässt Männchen schlüpfen. Dabei ist wärmebedingte Steuerung immer eine Entweder-oder-Entscheidung: Im jeweiligen Übergangsbereich der Temperaturschwellen entstehen – ob Gecko, Schildkröte oder Krokodil – keine Zwitter, sondern ungefähr gleich viele Individuen beiderlei Geschlechts. Zugrunde liegt womöglich eine Art molekularer Schalter, der auf einen Schwellenwert eingestellt ist. Für all diese Tiere gilt: Das während der Embryonalzeit ausgebildete Geschlecht bleibt das ganze Leben lang bestehen.

Suppenschildkröten verweiblichen

Die Klimaerwärmung vor Augen, verheißen diese Mechanismen und Prozesse nichts Gutes. Beispielsweise berichteten australische und US-amerikanische Forscher in der Fachzeitschrift Current Biology, dass in Australiens Great Barrier Reef seit über 20 Jahren fast nur noch weibliche Grüne Meeresschildkröten schlüpfen. Nur der Tatsache, dass die Panzertiere recht alt werden, sei es zu verdanken, dass der Anteil männlicher Exemplare am Gesamtbestand noch bei etwa 15 bis 35 Prozent liegt. Der auch als Suppenschildkröte bekannten Art drohe die „völlige Feminisierung“, warnen Forscher. Schon bald könnte die Population ihre Fortpflanzungsfähigkeit eingebüßt haben.

Hoffnung auf eine Wende gibt es derzeit kaum – zumal bis zum Jahr 2100 die globale Durchschnittstemperatur Berechnungen renommierter Klimaforschungsinstitute zufolge noch um voraussichtlich 2,5 bis 2,8 Grad Celsius steigen könnte. Damit sind „fast alle Bestände von Meeresschildkröten vom Aussterben bedroht“, schreibt ein Konsortium um Michael Jensen von der Staatlichen Meeres- und Atmosphärenbehörde der USA.

Alarmiert sind die Forscher zudem, weil mehr und mehr Embryonen in den Eiern absterben und sich diese Tendenz bei steigenden Temperaturen verschärfen dürfte. „Eine Gegenmaßnahme wäre die Errichtung von Schattenzelten über den wichtigsten Niststränden, um den Sand zu kühlen, in dem die Tiere ihre Eier ablegen und vergraben“, sagt Dermot OʼGorman, Chef der Umweltschutzorganisation WWF Australien.

Berechnungen auf Basis der Weltklimaberichte zeigen, dass sich eine Entwicklung wie in Australien auch anderswo vollziehen könnte. Das beschäftigt auch ein Team um Ana Patricio von der University of Exeter in Großbritannien. Die Forscher haben seit Jahren eine der weltweit größten Brutkolonien der Grünen Meeresschildkröte auf der nur etwa 43 Hektar kleinen Insel Poilão westlich von Afrika im Blick.

„Allen plausiblen Szenarien und Berechnungen zufolge wird der Anteil weiblicher Grüner Meeresschildkröten dort am Ende des Jahrhunderts zwischen 76 bis 93 Prozent liegen“, schrieb das Team Anfang 2019 im Fachmagazin Global Change Biology. Zwar werde sich die Population aufgrund aktueller Schutzmaßnahmen zwischenzeitlich vergrößern. Doch die Entwicklung sei trügerisch. Es komme schlagartig zu einem Einbruch der Bestände, sobald die immerhin 70 Zentimeter tief im Sand vergrabenen Eier kritischen Temperaturen ausgesetzt sind. Zusätzliche Probleme bereitet der steigende Meeresspiegel, der prognostiziert im Jahr 2100 zu einer Überflutung von einem Drittel bis knapp der Hälfte der Legeplätze von Poilão geführt haben dürfte.

Geschlechtswechsel durch Wärme

Auch bei den Streifenköpfigen Bartaga-men wurden vor Kurzem spektakuläre Einflüsse auf das Geschlechterverhältnis beobachtet. Die acht nur in Australien lebenden Bartagamen-Arten haben im Unterschied zu anderen Reptilien Geschlechts-Chromosomen. Wie Vögel besitzen die Bartagamen-Weibchen mit einem Z- und einem W-Chromosom – das dem Y-Chromosom beim Menschen entspricht – zwei verschiedene Geschlechtschromosomen. Die Männchen haben dagegen zwei gleichartige Z-Chromosomen.

Die Forscher um Clare Holleley von der University of Canberra beobachteten, dass von der genetischen Ausstattung her männliche Tiere bei steigenden Temperaturen anatomisch zunehmend zu Weibchen wurden. „Erstmals ist damit wissenschaftlich beschrieben, dass eine Tierart von der genetischen zur umweltbedingten Geschlechtsdetermination wechselt“, erläutert Holleley.

Die Details klärten die Forscher in einem Laborexperiment: Danach beginnt der Wechsel von genetischer zu umweltbestimmter Geschlechtsbestimmung bei einer Temperatur von etwa 32 Grad Celsius. Bei 36 Grad schlüpfen aus den Eiern nur noch anatomische ZZ-Weibchen. Bei bleibend hohen Temperaturen reduziert sich die Zahl der ZW-Weibchen in einem Bestand kontinuierlich, „da die Weibchen neuen Typs, die genetisch ja Männchen sind, auch funktionstüchtige Eier legen und zwar durchweg mehr als die ZW-Weibchen“, wie die Forscher schreiben. Bei den Nachkommen der neuen ZZ-Weibchen spielt das W-Chromosom zudem keine Rolle mehr, der temperaturbedingte Wandel ist damit dauerhaft festgeschrieben. „Sie scheinen ihr W-Chromosom regelrecht zu entsorgen“, sagt Teammitglied Arthur Georges.

Was das Labor gezeigt hat, befürchten die Forscher nun auch im natürlichen Lebensraum der Bartagamen, wo durch den Klimawandel die Temperaturen in sehr kurzer Zeit gestiegen sind. Sie gehen davon aus, dass das weibliche W-Chromosom in den Bartagamen-Populationen dort in wenigen Generationen verlorengeht. Eine Stichprobe hat das bereits für ein Fünftel der gefangenen Tiere bestätigt. Auch anderen Reptilienarten könnte so etwas im Lauf der Evolution widerfahren sein – doch diesmal wäre die Veränderung menschengemacht.

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