Faszinierender Rollentausch: Bei den Seepferdchen und Seenadeln sind die Männchen schwanger und versorgen die Ungeboren sogar über eine Art Plazenta im Bauch mit Nährstoffen. Nun konnten Forscher eine weitere Parallele zu weiblichen Schwangerschaften aufzeigen: Bei den schwangeren Männchen verhindert ein angepasstes Immunsystem die Abstoßung des im Körper heranwachsenden Fötus. Das immunologische Konzept der skurrilen Fische könnte sogar für die Medizin interessant sein, sagen die Wissenschaftler.
Normalerweise gilt bei den lebendgebärenden Tierarten: Männchen liefern nur den Samen, nach der Paarung bekommen die Weibchen dann einen dicken Bauch und bringen nach der Schwangerschaft die Jungen zur Welt. Von dieser Regel gibt es allerdings eine kuriose Ausnahme: Bei den Seepferdchen und den mit ihnen verwandten Seenadeln tragen die Männchen den Nachwuchs aus. Bei einigen Arten sitzen die Eier dazu nur offen am Bauch der Väter oder sie werden dort durch Hautlappen bedeckt. Doch bei bestimmten Spezies hat sich ein erstaunlich komplexes System entwickelt, das dem der weiblichen Schwangerschaft anderer Tiere ähnelt.
Enger Kontakt wie bei der Plazenta
Bei diesen Seepferdchen übergibt das Weibchen im Rahmen der Paarung ihre Eier dem Partner in eine spezielle Bauchtasche, wo sie vom Sperma befruchtet werden. Anschließend nisten sie sich dann dort in Versorgungsstrukturen ein, die der Plazenta bei lebendgebärenden weiblichen Tieren entsprechen. Dort werden die Embryonen mit Nährstoffen aus dem Körper des Männchens versorgt. So können die kleinen Seepferdchen heranreifen, bis sie schließlich von ihrem Vater geboren werden.
Die Forscher um Olivia Roth vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel haben sich nun der Erforschung eines interessanten Aspekts dieses Systems gewidmet: Was verhindert Abstoßungsreaktionen des väterlichen Gewebes gegenüber den genetisch andersartigen Embryonen in dem plazenta-ähnlichen System? Bei Schwangerschaften weiblicher Säugetiere sind die Prozesse zur Verhinderung der Abstoßung des kindlichen Fremdgewebes mittlerweile recht gut verstanden. Doch die Forscher fragten sich, wie dies bei der Männer-Schwangerschaft geregelt sein könnte.
Angepasstes Immunsystem
Um möglichen genetischen Mechanismen auf die Spur zu kommen, führten Roth und ihre Kollegen genetische Analysen bei zwölf ausgewählten Seenadel- und Seepferdchenarten durch. Es handelte sich um Spezies mit unterschiedlichen Ausprägungen der männlichen Trächtigkeit: vom äußeren Eitragen bis zur vollständigen inneren Trächtigkeit mit plazenta-ähnlichen Strukturen.
Durch die Vergleiche der genetischen Merkmale dieser Arten zeichnete sich ab: Die Entwicklung der männlichen Schwangerschaft ging mit einer Veränderung von Erbanlagen einher, die mit dem adaptiven Immunsystem verbunden sind. „Es haben sich genau die Teile des Immunsystems stark verändert, die für die Unterscheidung von eigen und fremd höchst relevant sind“, erklärt Roth. „Außerdem haben wir festgestellt, dass in der männlichen Schwangerschaft ähnliche Gene involviert sind, die auch bei der Schwangerschaft eines weiblichen Säugetiers essenzielle Funktionen erhalten. Es scheint also, dass bei einer Schwangerschaft, egal ob männlich oder weiblich, ähnliche molekulare Mechanismen genutzt werden und ähnliche Gene in ihrer Funktion für die Entwicklung einer Schwangerschaft verändert werden“, resümiert Roth.
Medizinisch relevant
Konkret rückten genetische Veränderungen des sogenannten Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) in den Fokus. Man unterscheidet dabei zwei Arten: MHC I und MHC II. Es handelt sich dabei um Erbanlagen der Wirbeltiere, die Proteine codieren, die für die Erkennung von Fremdgeweben zuständig sind, bei denen es sich um eindringende Krankheitserreger handeln könnte. Sie spielen auch beim Menschen beispielsweise bei Organtransplantationen und möglichen Abstoßungsreaktionen eine wichtige große Rolle. Bei den Seenadeln mit hochentwickeltem Schwangerschafts-System konnten die Forscher nun einen Verlust von mehreren Genen des MHC-II-Signalwegs nachweisen. Bei den Seepferdchen ist er hingegen durch genetische Veränderungen modifiziert.
Zudem zeigte sich, dass während der männlichen Schwangerschaft – analog zu der bei Säugetieren – auch Gene des MHC I herunterreguliert werden, was ebenfalls der Toleranz gegenüber dem Embryo dient. „Das ist etwas Erstaunliches“, betont Co-Autor Thorsten Reusch von GEOMAR. “Verglichen mit einem Organ wäre das so, als hätte man eine neue Gruppe von Fischen gefunden, die ohne Leber überleben können“, so der Wissenschaftler.
Wie er und seine Kollegen hervorheben, sind die Ergebnisse nun nicht nur aus biologischer Sicht interessant, sondern aus medizinischer. „Dass Seepferdchen und Seenadeln in einem Meer voller Mikroben ohne eine wichtige Abteilung ihrer adaptiven Immunabwehr überleben können, deutet auf ein hohes Maß an immunologischer Flexibilität bei Wirbeltieren hin. Dies könnte wiederum unser Verständnis von Immunschwächekrankheiten fördern“, schreiben die Forscher. Konkret interessant ist etwa: Die verlorenen Gene im Seenadel-Immunsystem sind genau für jene Wege wichtig, die durch den Aids-Erreger attackiert werden. „Deshalb könnten Seenadeln, die auch ohne diese kritischen Immunsystem-Funktionen überleben, ein wichtiges Modellsystem für die Erforschung von natürlichen und krankheitsbedingten Immunsystemdefiziten werden“, sagt Roth abschließend.
Quelle: GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, Facchartikel: PNAS, doi: 10.1073/pnas.1916251117
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