ältere Spermien" produzieren gesündere Nachkommen

Spermien unterscheiden sich deutlich in ihrer Schwimmleistung. Dieser Unterschied bestimmt nicht nur ihren Erfolg bei der Befruchtung einer Eizelle, sondern kann auch direkte Auswirkungen auf die daraus entstehenden Nachkommen haben, wie unsere neueste Studie zeigt. Wir fanden heraus, dass die Auswahl der langlebigeren Spermien im Ejakulat von Zebrafischen zu Nachkommen führt, die länger leben und mehr Nachkommen haben als ihre Geschwister, die von den kürzerlebigen Spermien aus demselben Ejakulat gezeugt wurden.

Für unsere Studie sammelten wir das Ejakulat von 26 männlichen Zebrafischen und teilten sie in zwei Chargen auf. In einer Charge aktivierten wir die Spermien mit Wasser und fügten sie sofort zur Hälfte der Eier eines Weibchens hinzu, so dass alle Spermien, die sich bewegen konnten, die Möglichkeit hatten, ein Ei zu befruchten. In der zweiten Charge aktivierten wir die Spermien, warteten aber 25 Sekunden, bis die Hälfte der Spermien sich nicht mehr bewegen konnte, so dass nur die langlebigeren Spermien die Eier befruchten konnten.

Wir zogen die so entstandenen Nachkommen bis zum Erwachsenenalter auf und maßen ihre Lebensspanne sowie die Anzahl und das Überleben der Nachkommen, die sie im Laufe ihres Lebens produzierten. Auf diese Weise konnten wir Vollgeschwister, die von kürzer- und längerlebigen Spermien desselben Männchens gezeugt wurden, direkt miteinander vergleichen. Die Nachkommen, die von "älteren" Spermien gezeugt wurden, lebten nicht nur deutlich länger, sondern zeugten auch mehr und gesündere Nachkommen.

Interessanterweise unterschieden sich die Auswirkungen zwischen männlichen und weiblichen Nachkommen. Männchen, die von längerlebigen Spermien gezeugt wurden, hatten während ihres gesamten Lebens mehr und gesündere Nachkommen als Männchen, die von kürzerlebigen Spermien gezeugt wurden.

Die Auswirkungen der Spermaselektion auf die Weibchen waren unterschiedlicher. Weibchen, die von langlebigeren Spermien gezeugt wurden, hatten während ihres gesamten Lebens mehr Nachkommen, aber die Überlebensrate der Nachkommen nahm mit dem Alter ab. Weibchen, die von kürzerlebigen Spermien gezeugt wurden, produzierten während ihres gesamten Lebens weniger Nachkommen, aber die Gesundheit der Nachkommen, die sie später im Leben produzierten, war besser als die der Nachkommen, die sie zu Beginn des Lebens produzierten.

Zebrafisch.Kazakov Maksim/Shutterstock

Nicht alle Spermien sind gleich

Unsere Forschung zeigt, dass die Selektion selbst unter den perfekt fruchtbaren Spermien im Ejakulat eines Männchens direkte Auswirkungen auf die Gesundheit der Nachkommen hat. Unsere Ergebnisse stellen die Vorstellung in Frage, dass alle Spermien, die eine Eizelle befruchten können, bei der Zeugung gesunder Nachkommen gleichwertig sind.

Ein Teil der Unterschiede in den Eigenschaften der Spermien in einem Ejakulat kann auf "Fehler" bei der Spermienproduktion zurückgeführt werden. Die Tatsache, dass sich die Unterschiede in der Schwimmdauer der Spermien in einem Ejakulat über Generationen hinweg auswirken, deutet jedoch darauf hin, dass andere Mechanismen im Spiel sind.

Die Spermien in einem Ejakulat unterscheiden sich nicht nur in ihrer Schwimmleistung, sondern auch in der Kombination der Gene, die sie tragen. Im Durchschnitt teilen sich zwei Spermien eines Mannes 50 % ihrer Gene. Das liegt daran, dass der doppelte Satz von Genen des Mannes mehr oder weniger zufällig auf die Spermien verteilt ist. In einer früheren Studie unseres Labors haben wir gezeigt, dass sich die auf Langlebigkeit selektierten Spermien in ihren Genen unterscheiden. Diese Erkenntnis stellt eine direkte Verbindung zwischen dem Phänotyp der Spermien (wie sie aussehen und sich verhalten) und den Spermiengenen her und unterstützt die Idee, dass die genetische Variation zwischen den Spermien zur Variation der Schwimmdauer beiträgt.

Die Rolle der Gene, die ein Spermium trägt, bei der Bestimmung der Schwimmleistung der Spermien bietet eine plausible Erklärung für die Unterschiede, die wir bei den Nachkommen im späteren Leben festgestellt haben. Unsere Selektion wählt nicht einfach ältere Spermien aus, sondern Spermien mit Ausdauer.

Kompromiss

Biologen gehen davon aus, dass es bei der Alterung einen Kompromiss zwischen der Anzahl der Nachkommen und der Lebensdauer gibt, d. h. je mehr Nachkommen ein Lebewesen hat, desto kürzer ist seine Lebensdauer und umgekehrt. Unsere Ergebnisse deuten auf das Gegenteil hin, nämlich dass Nachkommen, die länger leben, auch mehr Nachkommen produzieren. Obwohl dies noch weiter untersucht werden muss, scheint es, dass unsere Selektion auf die Schwimmdauer der Spermien zu einer Selektion für bessere Spermien führt. Indem wir warten, bis die Hälfte der Spermien stirbt, werden wir die schlechtesten Spermien los.

Wenn die Vorteile längerer Spermien so offensichtlich sind, warum gibt es dann überhaupt kürzerlebige Spermien? Die Bedingungen während der Befruchtung sind unterschiedlich, und Faktoren wie der Zeitpunkt der Freisetzung von Spermien und Eizellen oder die Wassertemperatur können unterschiedliche Spermieneigenschaften begünstigen. Längerlebige Spermien sind im Vorteil, wenn das Weibchen die Eiablage auch nur um ein paar Sekunden verzögert oder den Abstand zwischen Spermien und Eiern vergrößert.

Wir wissen immer noch erstaunlich wenig über die Vorgänge, die zwischen dem Ende der Spermienproduktion und dem Moment der Verschmelzung von Spermium und Ei stattfinden. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit weiterer Studien zu diesem Thema, da sie Auswirkungen auf die in Fruchtbarkeitskliniken eingesetzten Befruchtungstechnologien haben könnten. Bei diesen Technologien werden oft mehrere, wenn nicht sogar alle möglichen Selektionsschritte vor der Befruchtung übersprungen. Wenn man versteht, welche Eigenschaften der Spermien für das Überleben und die Gesundheit der Nachkommen entscheidend sind, kann dies dazu beitragen, die Erfolgsquote der bestehenden Methoden zu verbessern.

Simone Immler, Außerordentliche Professorin, Universität von East Anglia

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