Press release: Sex dient der DNA-Reparatur

Nr. 34/2018 - 07.02.2018

Wissenschaftler rekonstruieren Entwicklung der sexuellen Fortpflanzung

(pug) Warum ist die sexuelle Fortpflanzung bei allen höheren Lebewesen dominant? Worin liegen die Vorteile dieses aufwändigen Prozesses? Um diese kontroversen Fragen der Evolutionsbiologie zu beantworten, haben Wissenschaftler der Universitäten Göttingen und Amsterdam die Entstehung von Lebewesen mit Zellkern vor etwa zwei Milliarden Jahren rekonstruiert. Ihre Hypothese: Mit der Entwicklung der Sauerstoffatmung wuchs die Gefahr von oxidativen Schäden an der DNA durch Sauerstoffradikale. Vor diesem Hintergrund diente Sex womöglich ursprünglich in erster Linie der DNA-Reparatur. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B erschienen.

Durch die Tätigkeit der Mitochondrien und die Entwicklung der Sauerstoffatmung stand symbiontischen Einzellern zwar mehr Energie zur Verfügung, andererseits stellten Sauerstoffradikale eine potenzielle endogene Gefahrenquelle dar. Besonders in physiologischen Stresssituationen reichten die normalen Schutzmechanismen der Zelle oft nicht mehr aus. Bereits in den ersten Lebewesen mit Zellkern (Eukaryonten) entstand deshalb die Meiose als besonders effizienter DNA-Reparaturmechanismus, so die Wissenschaftler. Dazu wird ein zweiter Chromosomensatz benötigt, der durch die Fusion zweier Zellen und Zellkerne zustande kommt.

„Diese ersten Zyklen sexueller Fortpflanzung entstanden bereits in den ersten einzelligen Eukaryonten“, erläutert die Göttinger Biologin Prof. Dr. Elvira Hörandl. In multizellulären komplexen Organismen, beispielsweise Tieren, Pflanzen oder Pilzen, etablierte sich Sex dann als Erneuerungsprozess für Keimbahnzellen, der auch nachteilige Mutationen selektiv eliminieren kann. Damit kann die Integrität des Genoms in der Keimbahn über viele Generationen hinweg gewährleistet werden.

„Zahlreiche genomische, karyologische und biochemische Untersuchungen der vergangenen Jahre unterstützen diese Hypothese“, erklärt Hörandl. Auch die meisten Formen asexueller Fortpflanzung behalten die Grundmechanismen der DNA-Reparatur und ein bisschen Sex bei. „Sex ist also eine physiologische Notwendigkeit, als Folge eines sauerstoffbasierten Stoffwechsels bei allen höheren Organismen“, so Hörandl.

Originalveröffentlichung: Elvira Hörandl, Dave Speijer. How oxygen gave rise to eukarotic sex. Proceedings of the Royal Society B 2018. Doi: 10.1098/rspb.2017.2706.

Kontakt:
Prof. Dr. Elvira Hörandl
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Biologie und Psychologie
Albrecht-von-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften
Abteilung für Systematik, Evolution und Diversität der Pflanzen (mit Herbarium)
Untere Karspüle 2, 37073 Göttingen
Telefon (0551) 39-7843
E-Mail: elvira.hoerandl@biologie.uni-goettingen.de
Internet: www.uni-goettingen.de/de/153591.html