Warum Sex?

Birgit Dalheimer, Benedikt Föger und Julia Harlfinger | aus HEUREKA 6/02 vom 11.12.2002

Sex ist zur Vermehrung nicht unbedingt notwendig, wie ein Blick zurück in die Evolutionsgeschichte zeigt: Viele Organismen schaffen es, sich ohne den Austausch von Körperflüssigkeiten fortzupflanzen. Warum sich in der Natur die sexuelle Reproduktion durchsetzte, ist nach wie vor nicht restlos geklärt. Insbesondere die Existenz des männlichen Geschlechts gibt nach wie vor Rätsel auf.

Am Anfang war kein Sex. Natürlich würde uns ohne Sex einiges abgehen: Hätte ihn die Natur nicht erfunden, so würden viele der schönsten Dinge des Lebens - einmal abgesehen vom Sex selbst - nicht existieren: Pflanzen würden nicht blühen, Vögel nicht singen, der Pfau würde kein Rad schlagen und Hirsche kein Geweih tragen. Männer würden keine Sportwagen fahren und Frauen keine Miniröcke tragen. Der enorme Aufwand, der in der Natur und beim Menschen für Sex betrieben wird, wirkt - gemessen am scheinbar geringen Nutzen - paradox. Zudem würde ohne Sex und ohne zwei Geschlechter einiges einfacher werden: Es gäbe keine Nebenbuhler mehr und keinen Liebeskummer, kein sinnloses Protzen und keine dummen Lügen.

Dass Leben ohne Sexualität auch bestehen kann, beweist ein Blick zurück in die Evolutionsgeschichte. Die ersten Lebewesen wie Bakterien und Blaualgen, die vor vier bis fünf Milliarden Jahren entstanden, vermehrten sich asexuell. Und sie machen es bis heute so. Die Vorteile sind unübersehbar: Ein einziger elterlicher Organismus kopiert seine Erbinformation, teilt sich und gibt seine Baupläne vollständig an den Nachwuchs weiter. Somit ist die gesamte Nachkommenschaft genetisch identisch. Die mühsame Suche und Wahl eines Partners wird überflüssig.

Evolutionäre Weiterentwicklung ist freilich auch auf diese Weise möglich: Gelegentlich kommt es zu einer zufälligen Veränderung im Erbmaterial. Ist eine solche "Mutation" vorteilhaft, kann dieser Klon - durch erhöhte Kältetoleranz etwa - einen neuen Lebensraum besiedeln oder sich an andere Veränderungen anpassen. Die Bakterien fuhren mit ihrer Strategie jedenfalls äußerst gut, und so kam es, dass kaum ein Ort der Erde frei von ihnen blieb. Ein Grund dafür ist ihre kurze Generationsdauer: Manche dieser einfachen Organismen können sich alle zwanzig Minuten teilen.

99-prozentige Sexualisierung. Mittlerweile jedoch vermehren sich aber über 99 Prozent aller existierenden Tier- und Pflanzenarten sexuell, das heißt, sie kombinieren ihre DNA mit der eines Sexpartners ihrer Art und erzeugen dadurch genetisch neuartigen Nachwuchs. Warum aber kam es vor ein bis zwei Milliarden Jahren dazu, dass Bakterien begannen, ihre Körpersäfte bzw. ihre DNA über Zytoplasmabrücken auszutauschen? Warum also etablierte sich nach und nach die Rekombination von Erbinformation zweier Organismen, also die sexuelle Fortpflanzung?

So unbestritten der Erfolg der sexuellen Vermehrung evolutionsgeschichtlich auch sein mag, so uneinheitlich und umstritten sind die Begründungen der Biologie. Was möglicherweise auch damit zu tun hat, dass in der Biologie die Bedeutung der sexuellen Selektion lange Zeit unterschätzt wurde. Vor allem deshalb, weil männliche Biologen des 19. Jahrhunderts nicht glauben konnten, dass weibliche Tiere sich ihre Sexualpartner aktiv auswählen, blieben evolutionstheoretische Erklärungen der Sexualität lange Zeit Mangelware. Und bis heute ist der Glaube weit verbreitet, dass die einzige Triebkraft der Evolution die natürliche Selektion im engeren Sinn - also das "Survival of the fittest" - sei.

Konkurrenz der Theorien. Mittlerweile ist die Evolutionsbiologie längst zu einem zentralen Forschungsgebiet der Wissenschaften vom Leben avanciert. Und entsprechend gibt es heute mehr als zwanzig verschiedene und zum Teil widersprüchliche Theorien darüber, warum sich Sex in der Natur durchgesetzt hat - widersprüchlich auch deshalb, weil die experimentellen Daten bislang noch eher karg sind. Doch längst arbeiten die Evolutionsbiologen daran, ihre Theorien mithilfe der Molekularbiologie und komplizierten Computersimulationen zu überprüfen.

Beobachtungen an lebenden Organismen sind die Ausnahme von der Regel, was in der Natur der Sache liegt: "Evolution in the making" ist ein extrem langwieriger Prozess; nur wenige Modellorganismen vermehren sich so rasch, dass ein Forscherleben ausreicht, um Einblicke in langfristige Evolutionsprozesse zu erhaschen. Ein solcher Organismus ist die Bäckerhefe, die die amerikanischen Forscher Clifford Zeyl und Graham Bell genauer auf ihr Sexual- bzw. Nicht-Sexualleben hin untersucht haben. Sie kamen zu dem Schluss, dass sich im Laufe der Zeit in den sich sexuell vermehrenden Populationen nur wenige schädliche Mutationen ansammeln, während die asexuellen immer mehr degenerieren. Den schädlichen Veränderungen ergeht es wie im Fegefeuer. Schlechte Mutationen würden ausgemerzt, bevor sie in einer Population die Überhand gewinnen.

Sind Männer überflüssig? Der deutsche Zoologe Manfred Milinski ist einer jener Forscher, die mithilfe von komplizierten Computersimulationen der Evolution des Lebens bzw. der Sexualität auf die Spur kommen wollen. Auf die Frage, warum sich Tiere und Menschen sexuell fortpflanzen, weiß auch er keine Antwort, wie er unumwunden zugibt: "Im Besonderen können wir nicht erklären, weshalb es das männliche Geschlecht gibt. Theoretisch gäbe es kein Problem mit Weibchen, die sich asexuell, also durch Parthenogenese fortpflanzen", erklärt der Direktor des Max-Planck-Instituts für Limnologie.

Zu diesem für ihn und seine Geschlechtsgenossen - zumindest theoretisch - existenzgefährdenden Befund kam Milinski dadurch, dass er auf seinem Computer Programme laufen ließ, die von einer bestimmten Anzahl "genetisch" unterschiedlicher Individuen ausgehen, die sich unter bestimmten Umwelt- und Konkurrenzbedingungen vermehren sollten. Nach einigen virtuellen Generationen ließ sich beobachten, welche der ursprünglichen Individuen in der vorbestimmten Umgebung den größeren Erfolg - das heißt: mehr überlebensfähige Nachkommen - haben.

Das überraschende Ergebnis: Es waren die Asexuellen, die sich in Milinskis computergenerierten Stammesgeschichten durchsetzten. Im direkten Vergleich dauerte es kaum mehr als zehn Generationen, bis die auf Zweisamkeit bedachten Lebewesen von den sich mittels Jungfernzeugung vermehrenden Einzelgängern zahlenmäßig bei weitem übertroffen wurden. Und wenig später waren jene Individuen endgültig ausgestorben, die zur Fortpflanzung Paare bildeten.

Sex als Anpassungsstrategie? Nun ist aber offensichtlich, dass die tatsächliche Evolution die virtuelle Lügen straft. Warum aber versagte dann das Computermodell? Es war schlicht zu wenig realitätsnahe, sprich: Man hatte bei der Computersimulation die sich verändernden Lebensbedingungen zu wenig berücksichtigt. Also wurden die virtuellen Umweltbedingungen, zum Beispiel das Klima, über mehrere Generationen langsam geändert. Und siehe da: Je schneller die Veränderungen, desto länger überlebte die Gruppe der sich sexuell Fortpflanzenden - um früher oder später indes doch irgendwann auszusterben und den Einzelgängern das Feld zu überlassen.

Einzige Ausnahme: Bei drastischen Veränderungen von einer Generation auf die andere hatten die Asexuellen plötzlich keine Chance mehr. Doch wo finden sich ähnlich drastische Umbrüche außerhalb wohl definierter Computersimulationen? Wo herrscht in einer Generation Tropenklima und in der nächsten Polarwetter?

Es ist natürlich nicht das Klima, das sich quasi von heute auf morgen verändert. Unglaublich vielseitig und rasant schnell wandelbar sind aber Viren und Bakterien - all die Erreger von Infektionskrankheiten. Der britische Biologe William Hamilton war es, dem bereits in den Sechzigerjahren dieser zündende Gedanke gekommen war: Gefragt ist also ein hochflexibles Immunsystem, das Fremdes - und also auch neues Fremdes - schnell als fremd erkennt und vernichtet, bevor es im Körper Schaden anrichten kann. Die Antwort auf sich ändernde Umweltbedingungen und flexible Parasiten heißt also Rekombination: die Durchmischung und zufällige Neukombination des Erbgutes zweier Individuen. Sex eben.

Genetischer Rüstungswettlauf. Ein ganz ähnlicher Erklärungsansatz ist die so genannte Red-Queen-Hypothese, die in den Siebzigerjahren vom Evolutionsbiologen Leigh Van Valen formuliert wurde. Eltern mit jeweils einer "guten" Mutation bekommen "superfitte" Nachkommen, die beide Vorteile in sich vereinen. Der Erfolg eines Individuums hängt auch hier davon ab, wie gut es Krankheitserreger und Parasiten abwehren kann. Da die Strategien der Angreifer immer raffinierter werden, muss das Immunsystem ebenfalls flexibel sein. Zwischen Parasiten und ihren Wirten herrscht ein verbissener Rüstungswettlauf.

Lebewesen, die durch genetische Neuerungen besser gegen Krankheitserreger gerüstet sind, haben daher höhere Überlebens- und Fortpflanzungschancen. Dadurch wird ein anfangs seltenes Abwehrmuster immer häufiger, und die Krankheitserreger finden wieder einen Weg, es zu überlisten. Die Hypothese über das genetische Wettrüsten einer Art und ihrer Angreifer hat ihren Namen von der Roten Königin aus "Alice im Wunderland": Im legendären Land der Roten Königin muss man laufen, um am gleichen Ort zu bleiben. Will man weiterkommen, muss man doppelt so schnell sein.

Organismen, die sich sowohl sexuell als auch asexuell fortpflanzen können - wie zum Beispiel die Blattläuse -, sind für die Klärung der Frage "Warum Sex?" naturgemäß von besonderem Interesse. Neuseeländische Süßwasserschnecken jedenfalls stützen die Annahmen der Parasitentheorie: In dicht besiedelten Seen vermehren sie sich sexuell und produzieren so immer neue Varianten des Immunsystems. Wenn sie hingegen in parasitenarmen Gewässern leben, verlassen sie sich auf asexuelle Reproduktion.

Immungene zum "Erschnuppern". Ein anderer Beleg dafür, dass die Entwicklung der sexuellen Reproduktion etwas mit der Ausbildung eines hochflexiblen Immunsystems zu tun hat, lieferte die Entdeckung der MHC-Moleküle, benannt nach dem so genannten "major histocompatibility complex". Diese Moleküle werden von rund einem Dutzend Genen programmiert, und je bunter zusammengesetzt diese Genvarianten sind, desto breiter ist auch das Spektrum an Krankheitserregern, auf das reagiert werden kann.

Wenn Weibchen also wüssten, welche Genvarianten sie selbst tragen, könnten sie bei ihrer Partnerwahl gezielt, evolutionsbiologisch erfolgversprechend vorgehen. Und scheinbar tun sie das auch immer schon wie automatisch. Erste Hinweise darauf lieferten US-amerikanische Forscher in Versuchen an Mäusen, bei denen sich zeigen ließ, dass man Immungene "riechen" kann. Mäuseweibchen "erkennen" an Duftstoffen die MHC-Gen-Varianten der Männchen, und irgendwie "wissen" sie offenbar auch, welche sie selbst tragen. Das erleichtert die - evolutionstheoretisch günstigste - Partnerwahl ungemein. Wie genau dieses Riechen, Erkennen und Wissen funktioniert, ist allerdings noch weitgehend unbekannt.

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