Spermien – Jeder ist sich selbst der Nächste!

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Autor: fee
Spermatozoen (Spermien), die männlichen Gameten (Keimzellen), wurden bei ihrer Entdeckung im 16. Jahrhundert durch Antoni van Leeuwenhoek als “animalcules”, also “kleine Tierchen” bezeichnet. Man ging also davon aus, dass es sich um selbstständige Organismen handelte. Der holländische Pionier der Mikroskopie bezeichnete gleichfalls aber auch Bakterien und Algen mit diesem Namen, was an der mikrigen Auflösung der damals zur Verfügung stehenden Mikroskope liegen könnte.
Auf die Spermien trifft diese Bezeichnung aber in gewissem Masse zu, denn sie müssen diverse Aufgaben nach dem Austritt aus dem Samenleiter bewerkstelligen, die zumindest ein gewisses Mass an Selbstständigkeit voraussetzen.
Über ein mögliches Erinnerungsvermögen von humanen Spermien wurde hier schon einmal berichtet und auch eine Perzeption von Duftstoffen wurde beschrieben, wobei Riechzellen, denen in unserer Nase vergleichbar, netterweise einen Maiglöckchenduft wahrnehmen und ihm in einem chemischen Gradienten folgen, um sich gerichtet zu bewegen. Doch nun kommt eine neue Eigenart der kleinen Schwimmer hinzu. Sie können ihre eigene Art erkennen, zumindest in einer nordamerikanischen Maus, genauer gesagt der Hirschmaus (Peromyscus maniculatus).

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Bild: Wikipedia

Von diesen kleinen Nagern war bekannt, dass sich die Spermien in mehreren Dutzend zu sogenannten Zügen zusammenlagern, um ihre Vortriebsgeschwindigkeit um bis zu 50% zu verbessern. Dabei nutzen sie ihren abgeknickten Kopf um sich am Nachbar sozusagen einzuhaken. Dies ist ein erstaunliches Verhalten, da beobachtet wurde, dass mehrer Spermien im Zug während der Fortbewegung bereits die eine gesteigerte Schwimmbewegung einleiten, die sonst zur Durchbohrung der Eizellenwand dient und dadurch die Geschwindigkeit des Zuges steigern. Dies ist aber ein eindeutig altruistisches Verhalten, da diese Spermien später keine Eizelle mehr befruchten können.
Um das Ganze genauer zu untersuchen, mixten die Forscher Spermien von zwei geographisch getrennten Arten von Hirschmäusen (P. maniculatus und P. polionotus), die sich im Labor aber erfolgreich paaren lassen. Dafür wurden die Spermien zuvor mit unterschiedlichen Farbstoffen zur Unterscheidung gefärbt. Dabei zeigte sich, dass 75% aller Spermien sich mit Kollegen der gleichen Art zusammenlagerten. Dies setzt eine aktive Erkennung von Selbst und Nicht-Selbst voraus, die durch einen unbekannten Mechanismus vermittelt wird.
Um zu untersuchen, ob diese Glanzleistung der Diskriminierung auch Unterscheidungen zwischen Vertretern der eigenen Art ermöglichte, wiederholten die Forscher das Experiment mit Spermien von Mäusemännchen derselben Art. Bei P. polionotus zeigte sich eine homogene Mischung der Spermien verschiedener Männchen. P. maniculatus zeigte dagegen eine eindeutige Diskriminierung zwischen Spermien unterschiedlicher Männchen.

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Bild: Wikipedia

Und das lässt sich Anhand des Paarungsverhaltens recht einleuchtend erklären, denn P. polionotus lebt weitgehend monogam, die Wahrscheinlichkeit, dass Spermien unterschiedlicher Herkunft im gleichen Weibchen um die Befruchtung der Eizellen konkurrieren, ist also relativ gering. P. maniculatus dagegen betreibt ein ziemlich hektisches Paarungsverhalten und es wurden schon hochgradig promiskuitive Zustände mit mehreren verschiedenen Männchen im Minutentakt beobachtet. Hier sieht die Konkurrenzsituation also ganz anders aus, und die Spermien desselben Männchens tun gut daran ihresgleichen zu erkennen und nötigenfalls durch Selbstopfer den eigenen Genen zur Befruchtung der Eizelle zu verhelfen.
Was für biochemische Prozesse dieser Erkennungsleistung zugrunde liegen, muss noch weiter erforscht werden. Die Autoren lassen es sich aber nicht nehmen eine Hypothese zu formulieren. So kommen beispielsweise bei Hefen oder Schleimpilzen hochgradig variable Gene vor, die eine Oberflächenprotein exprimieren, dass Individuen desselben Genotyps eine Erkennung und Bindung untereinander ermöglichen. Etwas ähnliches könnte diesen Erkennungsprozess auch bei Spermien steuern.

Fisher, H., & Hoekstra, H. (2010). Competition drives cooperation among closely related sperm of deer mice Nature DOI: 10.1038/nature08736

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Kategorie: Wissenschaftsnews

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