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Eine neue Studie von Forscherinnen und Forschern der Universität Greifswald und Białystok (Polen) zeigt, dass Spinnen ihre Vaterschaft sichern, indem die Männchen die äußeren Genitalstrukturen der Weibchen zerstören. So können beispielsweise die verstümmelten Weibchen der Radnetzspinne Larinia jeskovi nicht mehr verpaaren, obwohl sie paarungsbereit sind. Die Untersuchung zeigte, dass sich dieser Mechanismus der Vaterschaftssicherung in einem evolutionären Prozess herausgebildet hat und auch bei weiteren Spinnenarten vorhanden ist. Die Ergebnisse wurden aktuell in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.
Paarungssysteme von Tieren sind davon geprägt, dass Männchen untereinander um Zugang zu den Weibchen konkurrieren und Weibchen wählerisch in der Partnerwahl sind. Das liegt daran, dass Weibchen viel in die Eier investieren und diese Investition nicht an schlechte Partner verschwendet werden sollte. Männchen müssen sich gegen Konkurrenten entweder in direkten Auseinandersetzungen durchsetzen oder bestimmten Partnerwahlkriterien der Weibchen entsprechen. Auch wenn ein Männchen vom Weibchen zur Verpaarung zugelassen wird, bedeutet das nicht, dass er automatisch Vater der Nachkommen wird. Spermienübertragung und Befruchtung der Eier können Stunden, Tage oder Monate auseinanderliegen, besonders bei Tieren, bei denen die Weibchen die Spermien in besonderen Behältern (Spermatheken) speichern. Es kann also vorkommen, dass das Weibchen sich mit einem oder mehreren anderen Männchen verpaart, bevor es Eier legt. Die Spermien verschiedener Männchen konkurrieren dann um die Befruchtung der Eier - genannt Spermienkonkurrenz.
Dies kann vom Männchen verhindert werden, in dem es versucht das Weibchen zu bewachen. Die Kosten der Bewachung im Sinne von Zeit und Energie steigen jedoch, je länger der Zeitraum zwischen erster Verpaarung und Eiablage ist. Das Männchen kann in dieser Zeit auch keine weiteren Paarungspartnerinnen finden, da es mit der Bewachung beschäftigt ist. In der Evolution sind daher Mechanismen entstanden, die es Männchen erlauben die Konkurrenz ihrer Spermien mit denen anderer Männchen im weiblichen Genitaltrakt zu minimieren. Bekannte Mechanismen sind die Verstopfung der weiblichen Genitalöffnung durch Sekretmaterial, wie es bei vielen Tiergruppen vorkommt. Bei Spinnen sind auch Arten bekannt, bei denen die Männchen Teile ihres Genitalapparates im Weibchen zurücklassen. Die Kosten hierfür sind hoch, weil das Männchen sich dadurch sterilisiert.
Die nun fertiggestellte Studie zeigt, dass Spinnenmännchen ihre Vaterschaft auch durch die Verstümmelung bzw. Zerstörung der äußeren Genitalstrukturen der Weibchen sichern. Konkret wurde das bei der Radnetzspinne Larinia jeskovi nachgewiesen.
Die Männchen dieser Spinnenart zwicken eine äußere Struktur (Scapus) der weiblichen Genitalregion mit ihren Kopulationsorganen ab. Dieser Scapus wird primär zur Verhakung der männlichen Kopulationsorgane verwendet. Ohne diese Struktur ist eine Kopplung der Genitalien nicht mehr möglich. Bei Spinnen werden umgewandelte Beine als Kopulationsorgane genutzt, in denen Sperma zwischengelagert wird und vor dort aus ins Weibchen übertragen wird. Die Forscherinnen und Forscher konnten zeigen, dass es neben der eigentlichen spermienübertragenen Struktur weitere Fortsätze an den männlichen Kopulationsorganen gibt, die sowohl die Verhakung als auch die Entfernung des Scapus gewährleisten.
Zur Analyse des Kopulationsmechanismus wurden Spinnenpaare während der nur wenige Sekunden dauernden Kopulation mit flüssigem Stickstoff (-1.960 C0) fixiert und mithilfe eines hochauflösenden Röntgen-Computertomografen gescannt und und anschließend rekonstruiert.
Das Phänomen wurde auch im Freiland untersucht. Am Ende der Paarungssaison fehlte der Scapus bei allen Weibchen, die in den Sümpfen des Biebrza Nationalparks (Polen) gesammelt wurden. Derzeit wird untersucht, welche Kosten die Genitalverstümmelung bei den Weibchen verursacht.
Hinweise auf äußere Genitalverstümmelung wurden bei weiteren 80 Spinnenarten gefunden. Das Phänomen scheint daher - zumindest bei Spinnen - weit verbreitet zu sein. Die koppelnden äußeren Genitalstrukturen von Männchen und Weibchen scheinen eine evolutionäre Plattform darzu-stellen, die den hocheffektiven Mechanismus der Vaterschaftssicherung begünstigt haben. Es ist denkbar, dass aufgrund dieser Studie weitere Tiergruppen entdeckt werden, bei denen äußere Genitalverstümmelung bisher unbemerkt vorkommt.
Die Untersuchung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert und dem Austauschprogramm der Universität Greifswald (Forschungskooperationen Ostseeraum).
Der Artikel „Securing paternity by mutilating female genitalia in spiders“ erschien am 5. November 2015 in Current Biology
Autoren: Pierick Mouginot, Josepha Prügel, Ulrike Thom, Philip Steinhoff, Janusz Kupryjanowicz, Gabriele Uhl
Die Studie wurde finanziert mit Mittel aus dem DFG Sachmittelprojekt UH 87/7-1, dem Großgeräteantrag Micro CT: INST 292/119-1FUGG , INST 292/120-1FUGG.
Mit Unterstützung des International Office der Universität Greifswald konnten Vorstudien in Polen finanziert werden.
Ansprechpartnerin an der Universität Greifswald
Prof. Dr. Gabriele Uhl
Zoologisches Institut und Museum, Allgemeine und Systematische Zoologie
Anklamer Straße 20
17489 Greifswald
Tel.: +49 (0)3834 86-4239
gabriele.uhl@uni-greifswald.de
http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822%2815%2901232-4 - Artikel in Current Biology
http://www.mnf.uni-greifswald.de/institute/fr-biologie/institute-und-forschung/z... - Allgemeine und Systematische Zoologie am Zoologischen Institut und Museum der Universität Greifswald
http://biol-chem.uwb.edu.pl/IP/ENG/biologia/mon.htm - Universität Białystok (Uniwersytet w Białymstoku)
Radnetzspinne Larinia jeskovi am Morgen im Biebrza Nationalpark (Polen)
Foto: Pierick Mouginot
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Radnetzspinne Larinia jeskovi
Foto: Gabriele Uhl
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Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology
transregional, national
Research results
German
Radnetzspinne Larinia jeskovi am Morgen im Biebrza Nationalpark (Polen)
Foto: Pierick Mouginot
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Radnetzspinne Larinia jeskovi
Foto: Gabriele Uhl
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