Wie Mütter ihren Nachwuchs für die Zukunft wappnen

News: Wie Mütter ihren Nachwuchs für die Zukunft wappnen

Wenn Wasserflöhen das Futter knapp wird, wechseln sie ihre Fortpflanzungsstrategie: Anstelle von Jungfernzeugung produzieren sie dann bisexuell Dauereier, die während der schlechten Zeiten im Sediment ruhen. In welchem Umfang sie dazu übergehen, bestimmen offenbar Informationen, die sie bereits über das Ei von ihren Müttern erhielten, und die ihnen über die damaligen Nahrungsbedingungen und Tageslänge berichten. So ermöglicht die Elterngeneration ihren Nachkommen, die Fortpflanzungsstrategie optimal an die jeweiligen Jahreszeiten anzupassen.

In den Lebensgemeinschaften von Seen spielen Wasserflöhe (Daphnien) eine bedeutende Rolle. Ihr Erfolg, sich in diesem Ökosystem zu behaupten, beruht dabei vor allem auf ihrer Fortpflanzungsweise: Daphnien pflanzen sich eingeschlechtlich, also über Parthenogenese (Jungfernzeugung) fort. Da sie deshalb leicht als Klone kultiviert werden können, wurden sie zu einem überaus interessanten Modellorganismus in der aquatischen Ökologie. Im Zentrum wissenschaftlicher Untersuchungen stehen die Strategien, mit denen diese sehr kurzlebigen Organismen – Daphnien leben nur wenige Wochen – ihren Lebenszyklus an sich wandelnde Umweltbedingungen anpassen.

Zu bestimmten Zeiten gehen die weiblichen Wasserflöhe zu bisexueller, also zweigeschlechtlicher Fortpflanzung über. Über dem Brutraum eines weiblichen Wasserflohs entsteht dann ein sattelförmiges Gebilde (Ephippium), das zwei Dauereier enthält. Diese können, wenn für die Daphnien ungünstige Umweltbedingungen vorherrschen, viele Jahre beispielsweise in Seesedimenten überleben. So werden Dauereier vor allem im Spätherbst gebildet, weil sich zu diesem Zeitpunkt die Futterbedingungen für die Daphnien deutlich verschlechtern.

Die Umstimmung der parthenogenetischen Weibchen zu bisexueller Fortpflanzung erfordert verschiedene Signale aus der Umwelt. Für die Forscher stellt sich die Frage, welche Umweltstimuli für die Wahl des Zeitpunktes ausschlaggebend sind. Denn einerseits muss die Umstimmung im Reproduktionszyklus erfolgen, bevor es für die Wasserflohpopulation zu spät ist und sie Gefahr läuft, an Futtermangel einzugehen, andererseits wäre es ausgesprochen ineffektiv, wenn die Weibchen auf kurze Perioden von Futtermangel oder Kälteeinbrüche im Sommer bereits mit der Umschaltung auf Dauereierproduktion reagierten.

Viktor Alekseev und Winfried Lampert vom Max-Planck-Institut für Limnologie in Plön haben jetzt einen Mechanismus gefunden, mit dem sich erklären lässt, weshalb es sowohl im späten Frühjahr als auch im Herbst zur schubweisen Produktion von Dauereiern kommen kann. In kontrollierten Laborexperimenten wurden die meisten Dauereier produziert, wenn die Mutter reichlich Futter hatte, die Nachkommen aber wenig, und wenn gleichzeitig beide unter Kurztagbedingungen lebten, also 10 Stunden Licht und 14 Stunden Dunkel. Diese Situation ist im Freiland nur im Herbst gegeben, wenn tatsächlich massive Dauereiproduktion auftritt. Die Laborergebnisse erklären aber auch das gelegentliche Auftreten eines zweiten Schubs von Dauereierproduktion im Frühsommer: Hier kann es durch die Filtriertätigkeit der Daphnien im See zu einem "Klarwasserstadium" und damit ebenfalls zu Futtermangel kommen. Unter keinen Umständen wurden Dauereier gebildet, wenn die zweite Generation unter guten Futterbedingungen lebte.

Für die Bereitschaft der Nachkommen, Dauereier zu bilden, waren also nicht nur Informationen über die Umweltbedingungen ausschlaggebend, denen sie selbst ausgesetzt waren, sondern auch die Futter- und Lichtbedingungen, unter denen ihre Mütter gelebt hatten. Offensichtlich haben weibliche Wasserflöhe einen Weg gefunden, ihrem Nachwuchs diese Informationen über die Eier mitzugeben. Die Weitergabe von Umweltinformationen an die nächste Generation ist eine interessante Möglichkeit für kurzlebige Organismen, ihren Lebenszyklus an die Umweltbedingungen optimal anzupassen. In der evolutionären Ökologie spielen solche "maternalen Effekte" zunehmend eine Rolle.

Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine vorwiegend von Bund und Ländern finanzierte Einrichtung der Grundlagenforschung. Sie betreibt rund achtzig Max-Planck-Institute.