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Research News

Vorteile der sexuellen Fortpflanzung liegen in der Verteidigung gegen Parasiten

Indiana University Doktorand beschreibt Forschung Populationen von neuseeländischen Süßwasserschnecken studieren, die entweder sexuell oder asexuell reproduzieren, um festzustellen, ob die sexuelle Fortpflanzung Vorteile in parasitenreichen Umgebungen bietet

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Dabbling ducks Futter in der flachen Region des Lake Alexandrina, Neuseeland.,

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Oktober 28, 2009

Seit Darwins Zeit, Biologen haben versucht zu verstehen, die Vorteile der sexuellen Fortpflanzung. Dies ist nicht trivial, da Sex klare Nachteile hat.

Im Gegensatz zu sexuellen Organismen brauchen Asexuelle keinen Partner, um sich zu vermehren, sie können sich klonal vermehren und doppelt so viele weibliche Nachkommen produzieren., Wenn es keine Vorteile für Sex gäbe und sowohl sexuelle als auch asexuelle Personen um Ressourcen konkurrieren würden, würden die Asexuellen in nur wenigen Generationen übernehmen.

Trotzdem vermehren sich die meisten eukaryotischen Organismen sexuell, und das große Geheimnis ist, dass gemischte sexuell-asexuelle Populationen in der Natur vorkommen.

Seit über 20 Jahren wird dieses Rätsel von meinem Berater Curtis Lively an der Indiana University und seinen Studenten und Kollegen erforscht. Unser Labor hat Unterstützung für eine Hypothese gefunden, dass Sex in parasitenreichen Umgebungen von Vorteil ist.,

Die Hypothese der Roten Königin

Die Hypothese der Roten Königin schlägt vor, dass sich virulente Parasiten an genetisch häufige Wirte anpassen und verhindern, dass Asexuelle zu häufig werden (häufig ist schlecht). Sex produziert genetisch einzigartige Individuen, die Infektionen vermeiden können (selten ist gut) und somit durch natürliche Selektion begünstigt werden.

Die Hypothese ist nach einer Passage in Lewis Carrolls „Through the Looking Glass“benannt. Die Rote Königin und Alice laufen über Hügel und Täler, bleiben aber immer am selben Ort., Ebenso ist nach der Hypothese eine genetische Veränderung in einer Population notwendig, um den Status quo aufrechtzuerhalten. Die Häufigkeit asexueller Wirte nimmt als Reaktion auf die Parasitenanpassung zu (Hügel) und ab (Täler), während sexuelle Wirte diese koevolutionären Höhen und Tiefen vermeiden können.

Letztendlich verhindern diese Dynamiken über Generationen hinweg eine asexuelle Übernahme und halten das Zusammenleben von Asexuellen und Sexualstraftätern aufrecht.,

Anpassung lokaler Parasiten

Potamopyrgus antipodarum ist eine neuseeländische Süßwasserschnecke, die sich entweder sexuell oder klonal vermehrt und während ihrer Lebensdauer nicht den Modus wechselt. Als Population können die Schnecken asexuell oder Mischungen von asexuellen und sexuellen Individuen sein.

Beim Vergleich von gemischten Schneckenpopulationen mit völlig asexuellen Populationen stellte Lively 1987 fest, dass erstere stärker von einem sterilisierenden Wurmparasiten infiziert waren., Dies war der erste Hinweis darauf, dass eine hohe Parasiteninfektionsrate in der Schneckenpopulation das Zusammenleben von sexuellen und asexuellen Populationen fördert.

Seitdem haben mehrere Experimente gezeigt, dass diese Parasiten besser in der Lage sind, Schnecken aus demselben See als aus verschiedenen Seen zu infizieren. Dies deutet darauf hin, dass Parasiten nur in der lokalen Mischpopulation besser geeignet sind, Schnecken zu infizieren, eine Vorhersage der Hypothese der Roten Königin.,

Der Zusammenhang zwischen Parasitenanpassung und sexueller Fortpflanzung bei Schnecken veranlasste Lively, unsere Mitarbeiter Lynda Delph und Jukka Jokela und mich, ein solches Muster in Alexandrina und Kaniere Lakes in Neuseeland zu untersuchen.

In jedem See sind sexuelle Schnecken und Parasiten an Flachwasserrändern verbreitet, und tiefe Lebensräume (mehr als vier Meter Tiefe) werden von nicht infizierten Asexuellen dominiert. Wir stellten die Hypothese auf, dass Sexualstraftäter aufgrund von koevolvierenden Parasiten einen Vorteil gegenüber Asexuellen im flachen Wasser hatten, jedoch nicht in der Tiefe, in der Parasiten fehlen.,

Eine alternative Erklärung ist jedoch, dass die Flachwasserschnecken im Allgemeinen anfällig sind. Wir mussten feststellen, ob Flachwasserschnecken unabhängig vom Standort speziell für lokale Parasiten im selben See oder für alle Parasiten anfällig waren. Die Rote Königin würde die erstere vorhersagen, weil die lokalen Parasiten die beste Gelegenheit hätten, sich mit den Schnecken zu vermischen.

Parasiten sind aufgrund des Nahrungsverhaltens von Enten im flachen Wasser reichlich vorhanden., Parasitenlarven müssen von Enten aufgenommen werden, um den Lebenszyklus der Parasiten abzuschließen (Enten fressen versehentlich die infizierten Schnecken). Enten ernähren sich nicht in tiefen Lebensräumen, daher können Parasiten ihren Lebenszyklus nur in flachen Lebensräumen abschließen. Es scheint, dass es mehr Auswahl der Schnecken und Parasiten im Flachen gibt, da Schnecken und Parasiten in der Tiefe selten aufeinander treffen.

Unser experimentelles Design war einfach: Nehmen Sie Flach – und Tiefwasserschnecken und setzen Sie sie Parasiten aus denselben Seen und aus verschiedenen Seen aus. Wir fanden zwei interessante Ergebnisse.,

Zunächst waren Flachwasserschnecken mehr von Parasiten des gleichen Sees infiziert als Tiefwasserschnecken, was darauf hindeutet, dass Parasiten nur mit Schnecken in den flachen Lebensräumen koevolvieren. Tiefseeschnecken nehmen nicht an den nur wenige Meter entfernten koevolutionären Interaktionen teil.

Zweitens waren weder Flach – noch Tiefwasserschnecken anfällig für verschiedene Seeparasiten. Daher können nur lokale (dh koevolvierende) Parasiten und nicht Parasiten von überall her flache Schnecken infizieren.,

Häufig ist schlecht, selten ist gut

Aus unserem Experiment fanden wir Unterstützung für die Hypothese der Roten Königin und demonstrierten ihre Anwendung auf kleine räumliche Skalen in der Natur. Wir haben gezeigt, dass Parasiten an die Schneckenpopulationen angepasst sind, in denen Sexuelle und Asexuelle im flachen Wasser koexistieren.

In einer verwandten Studie zeigten Lively und Jokela, dass Parasiten, die sich an asexuelle Schnecken im seichten Wasser anpassen, tatsächlich Sex bevorzugen, wie von der Hypothese der Roten Königin vorhergesagt. Schnecken, die genetisch häufig und stark von Parasiten infiziert waren, waren selten., Schnecken, die genetisch ungewöhnlich und zuvor resistent gegen Parasiten waren, wurden häufig und infiziert. Die ganze Zeit blieben sexuelle Schnecken im flachen Wasser. Dies war das erste Mal, dass jemand demonstrierte, dass Red Queen Dynamics die sexuelle Fortpflanzung aufrechterhielt.

Trotz der Kosten der sexuellen Fortpflanzung scheint es Verwendung gegen Parasiten zu haben. Sexuelle Organismen sind genetisch selten und folglich können sich Parasiten nicht an sie anpassen., Beweise von den neuseeländischen Schnecken zeigen, dass die Parasitenanpassung, um gemeinsame asexuelle Individuen zu infizieren, Asexuelle daran hindert, Sexuals aus der Bevölkerung zu eliminieren.

Mehr Forschung in anderen Organismen mit beiden Fortpflanzungsmodi würde unserem Verständnis der Vorteile für das Geschlecht und der Dynamik, die dem asexuell-sexuellen Zusammenleben zugrunde liegen, sehr zugute kommen.

Weitere Informationen finden Sie in der Pressemitteilung der Indiana University.

— Kayla King, Indiana University, [email protected]

Dieser Artikel hinter den Kulissen wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.,

Die Absolventin der Indiana University, Kayla King, seziert Schnecken unter dem Mikroskop.
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Curtis Lively und Jukka Jokela tauchen Schnecken in Lake Alexandrina, Neuseeland zu sammeln.
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Gezeigt sind eine infizierte Schnecke (oben) und eine nicht infizierte Schnecke (unten) aus ihren Schalen entfernt.,
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