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Genetik: Verrückt nach Orange

Das Leben als Fisch könnte so einfach sein: schwimmen, fressen, umwerben, vermehren. Beim Japanischen Reiskärpfling und dem afrikanischen Malawi-See-Buntbarsch sorgt die Evolution jedoch für Komplikationen - weil Genmutationen die Fischfärbung durcheinanderbringen.
Weiblicher Buntbarsch mit Camouflage-FärbungLaden...
Braun, Orange, Grau – den Japanischen Reiskärpfling gibt es in vielen Farben. Der etwa fünf Zentimeter große Fisch lebt vorwiegend im Süßwasser Asiens, wegen seiner leuchtenden Färbung ist er aber auch in den Aquarien und Labors dieser Welt ein beliebter Gast. Auch ein Forscherteam um Shoji Fukamachi von der Universität Konstanz hat sich den kleinen Kärpflingen verschrieben. Forschungsziel: Das Studium des Sexualverhaltens von Oryzias latipes [1].

Japanische ReiskärpflingeLaden...
Japanische Reiskärpflinge | Japanische Reiskärpflinge (Oryzias latipes) existieren in zahlreichen Farbschattierungen. Besonders anziehend jedoch finden die Fische orangefarbene Artgenossen – während graue Mauerblümchen sich mit ihresgleichen begnügen müssen.
Die Wissenschaftler ließen in mehreren Versuchsreihen jeweils ein Männchen auf zwei Weibchen treffen. Schnell entpuppten sich die grauen Reiskärpflinge als wahre Mauerblümchen, die von ihren bunten Artgenossen geflissentlich ignoriert wurden. Wurde jedoch ein orangefarbenes Exemplar ins Becken gesetzt, konnte es sich vor Nachfrage kaum retten: Die Reiskärpflinge lieben anscheinend die Farbe Orange.

Der leuchtende Farbton entsteht durch Pigmente namens Xanthophoren, die Carotinoide enthalten. Sie kommen beispielsweise bei Krebsen, Froschlurchen und Schnecken vor und färben deren Haut rötlich. Beim Reiskärpfling jedoch scheinen die Xanthophoren zumindest bei den grauen Exemplaren zu fehlen – mit entsprechend negativen Auswirkungen auf deren Attraktivität.

Fukamachi und seine Kollegen machten darum eine Genanalyse und stellten fest, dass die grauen Fische eine einzelne Genmutation aufwiesen. Durch die Veränderung des so genannten Somatolactin-Alpha-Gens, so schien es, reduzierte sich bei ihnen die rote Pigmentierung in der Haut. Um diese Hypothese zu überprüfen, erzeugten die Wissenschaftler einen Fischstamm, der eine Überexpression des entsprechenden Gens besitzt. Tatsächlich: Die so entstandenen Fische leuchteten knallorange. Kamen sie in ein Wasserbecken mit Artgenossen, konnten sie sich vor Anträgen zudem kaum retten. Sie waren schwimmende Sexgötter.

Schade nur, dass die Stars unter den Reiskärpflingen an den normalen Artgenossen wenig Interesse zeigten. Sie paarten sich fast ausschließlich mit ihresgleichen – ähnlich übrigens wie die grauen Fische, die, verschmäht vom Rest, bei anderen grauen Reiskärpflingen Nähe suchten. Die Fische, so scheint es, haben einen Weg gefunden, mit der Genmutation umzugehen – genauso wie die Buntbarsche aus dem afrikanischen Malawi-See, bei denen die Evolution ebenfalls für eine Farbänderung gesorgt hat.

Buntbarsch mit orange-brauner FärbungLaden...
Buntbarsch mit orange-brauner Färbung | Der Buntbarsch Metriaclima zebra aus dem afrikanischen Malawi-See kann sich dank seiner orange-braunen Färbung gut zwischen den algenbesetzten Steinen verstecken. Dennoch tragen fast nur weibliche Fische die Genmutation, die für die Camouflage-Optik verantwortlich ist.
Bei den farbenfroh leuchtenden Buntbarschen hat eine Mutation eine Neuordnung der Xanthophoren bewirkt. Allerdings sind hier fast ausschließlich Weibchen betroffen. Während die männlichen Fische mit einem gestreiften, strahlend blauen Äußeren um die Gunst der Weibchen werben, sind die Weibchen mit ihren gleichmäßigen Brauntönen eher unscheinbar. Ein Teil der weiblichen Buntbarsche jedoch trägt dank einer Mutation ein orange-braunes Camouflage-Kleid zur Schau. Die Flecken bilden vor den algenbewachsenen Steinen des Seebodens eine perfekte Tarnung und erhöhen so die Überlebenschancen.

Hat ein Männchen jedoch eine ähnliche Mutation, ist es für den Fisch wenig vorteilhaft, wie ein Forscherteam um Reade Roberts von der University of Maryland herausfand: Das fleckige Blau kommt bei den Weibchen nicht an, die Fortpflanzungserfolge gehen gegen null [2].

Doch auch hier hat die Natur eine Lösung parat: An der Genmutation sind mindestens fünf Gene beteiligt, einige davon sind an das weibliche Chromosom gebunden. So konnte ein Sexualdimorphismus entstehen, der allein die Weibchen bevorzugt, während den Männchen ihre Hochzeitsfarbe erhalten bleibt. Doch was ist mit den wenigen männlichen Fischen, die dennoch eine Fleckenfärbung aufweisen? Diese, vermuten die Forscher, sind gar keine Männchen, sondern Zwitter mit weiblichem Genpool, die durch andere Ursachen vermännlicht wurden.
40. KW 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 40. KW 2009

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  • Quellen
[1] Fukamachi, S. et al.: Dual Control by a Single Gene of Secundary Sexual Characters and Mating Preferences in Medaka. In: BMC Biology 10.1186/1741–7007–7-64, 2009.
[2] Roberts, R. B. et al.: Sexual Conflict Resolved by Invasion of a Novel Sex Determiner in Lake Malawi Cichlid Fishes. In: Science 10.1126/science.1174705, 2009.

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