Geschlechtswechsel vom Männchen zum Weibchen beim Anemonenfisch Amphiprion ocellari beginnt im Gehirn

Der Anemonenfisch (Amphiprion ocellari) kann im Laufe seines Lebens sein Geschlecht wechseln. Er wird als Männchen geboren, kann aber zum Weibchen werden, wenn z. B. das einzige anwesende Weibchen stirbt oder verschwindet. Dieser Geschlechtswechsel dauert länger als ein Jahr.

Amphiprion ocellaris vor seiner ihn schützenden Anemone.

Bei den Anemonenfischen sind die Weibchen dominant. Sie paaren sich ein Leben lang mit einem einzigen Männchen, dem größten der verfügbaren Männchen. Die Weibchen legen Eier und die Männchen befruchten sie. Danach verteidigt das Weibchen das Nest gegen Raubtiere, das Männchen kümmert sich um die Eier.

Wenn ein Weibchen stirbt, dann beginnt ihr männlicher Partner – fast sofort -, weibliche Verhaltensweisen anzunehmen, wie z. B. die aggressive Verteidigung des Nests. Er wird zum Weibchen und das zweitgrößte Männchen zieht ins Nest ein, um ihr Gefährte zu werden.

Im Labor kann ein Forscher den Geschlechtswechsel auslösen, indem er zwei Männchen in einem Aquarium zusammenführt: Sie kämpfen dann und der Gewinner wächst und wird weiblich. Weibchen kämpfen bis zum Tod gegeneinander.

Der Verhaltensbiologe Justin Rhodes von der Universität Illinois und seine Kollegen wollten wissen, ob der Übergang vom Männchen zum Weibchen im Gehirn oder in den Hoden beginnt. Sie führten in 17 Aquarien je zwei Männchen zusammen und verfolgten die Veränderungen im Gehirn, in den Hoden und im Blut. Nach 3 Wochen, 6 Monaten, einem Jahr und 3 Jahren wurden bestimmten Pärchen Blut abgenommen, um die Menge der Geschlechtshormone Estradiol und 11–Ketotestosteron im Blutplasma zu bestimmen. Nach der Blutabnahme wurden die Fische getötet, um das Gehirn und die Hoden zu untersuchen.

Rhodes und sein Forscherteam berichten über ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Hormones and Behavior [1]. “Das erste, was sich ändert, ist das Gehirn, insbesondere der Teil des Gehirns, der die Geschlechtsdrüsen kontrolliert.” Dieser Teil, der präoptische Bereich, ist ein Teil des Hypothalamus. Er ist bei Weibchen viel größer als bei Männchen und hat etwa die doppelte Anzahl von Nervenzellen als beim Männchen. Innerhalb von sechs Monaten, nachdem er mit einem anderen Männchen gepaart worden war, hatte der dominante Fisch sein präoptisches Gebiet auf eine Größe vergrößert, die ihn von der gleichen Region in anderen weiblichen Anemonenfisch-Hirnen nicht mehr unterscheidet. “Nach sechs Monaten wird dieser Teil des Gehirns vollständig von einem männlichen zu einem weiblichen Gehirn umgewandelt”, sagte Rhodes. “Aber die Gonaden haben sich noch nicht verändert, was bedeutet, dass sie immer noch männliche Gonaden sind.”

Bei beiden Fischen schrumpfen die Hoden und die Zahl der Samenzellen nimmt beträchtlich ab. Beim dominanten Fisch, weil er auf dem Weg ist sich in ein fortpflanzungsfähiges Weibchen zu verwandeln, beim unterlegenen Fisch, weil es sich nicht lohnt viele Samenzellen herzustellen, solange noch keine Eier da sind, die befruchtet werden könnten.

Vor Beginn der Geschlechtsdrüsenumwandlung schwankt die Plasmakonzentration von 11–Ketotestosteron zwischen einem männlich-typischen und einem männlich-niedrigen Niveau. Erst wenn die Geschlechtsdrüsen dotterbildende Eizellen enthalten, dann sinkt die Konzentration weiter auf ein weiblich-typisches niedriges Niveau.

Weibchen haben eine höhere Plasmakonzentration von Estradiol als Männchen. Der Estradiol-Spiegel ist während des Geschlechtswechsels niedrig auf männlich-typischem Niveau. Erst wenn dotterbildende Eizellen in den Gonaden erscheinen, dann steigt der Estradiol-Spiegel auf ein weiblich-typisches Niveaus an.

“Es ist eine sehr klare Demonstration, dass Gehirngeschlecht und Gonadengeschlecht abgekoppelt werden können”, sagte Rhodes. “Ist es weiblich oder ist es männlich? Es hat ein weibliches Gehirn, aber seine Keimdrüsen sind männlich.” Die dominanten Fischen schienen es nicht eilig zu haben, ihre Hoden in Eierstöcke umzuwandeln. Von den 17 Paaren haben sich nur drei der dominanten Fische zu fortpflanzungsfähigen Weibchen mit lebensfähigen Eiern in ihren Eierstöcken entwickelt. Eines der drei dominanten Weibchen legte Eier.

Der Rest der Paare schien sich in einem Warteschleifenmuster zu befinden, mit weiblichen Gehirnen und männlichen Gonaden. Die Forscher folgten ihnen drei Jahre lang, und die Fische hatten noch nicht den vollen Übergang geschafft. “Wir wissen nicht genau, worauf sie warten”, sagte Rhodes. “Vielleicht warten sie darauf, größer zu werden, damit sie mehr Eier produzieren können. Vielleicht haben sie nicht die richtige Chemie als Paar.”

Im Aquarium hatten die Anemonenfische einen Terrakottatopf als Nest. Im Ozean sind Anemonenfische Bewohner von Korallenriffen. Dort leben sie in der Nähe von oder aber auch in See-Anemonen. A. ocellaris entfernen sich höchstens einen Meter von ihrer Anemone, da sie sich bei Gefahr zwischen ihren Tentakeln verstecken. Die Tentakeln besitzen zum Teil sehr ätzende Nesselzellen, kommen diese in Kontakt mit Fischen schädigen sie deren Schleimhaut. Deshalb meiden andere Fische den Kontakt mit Anemonen. Anders der Anemonenfisch, dem die Nesselzellen nichts ausmachen.

Ein anderer großer Unterschied zwischen dem Aquarium und dem Ozean besteht darin, dass die Fische zirkulierendem Wasser ausgesetzt sind und potenziell Pheromone oder Hormone im Wasser von anderen Zuchttieren im System die anderen Weibchen daran hindern könnten, ihre Gonadenentwicklung abzuschließen. In der Natur sind die Gruppen von A. ocellaris typischerweise so weit voneinander entfernt, dass sie wahrscheinlich nicht in der Lage sind, die Anwesenheit des anderen zu erkennen. Andererseits, nach den Erfahrungen der Forscher und der kommerziellen A. ocellaris-Züchter, stimulieren laichende Paare, Paare, die noch nicht gelaicht haben, dazu, mit dem Laichen zu beginnen. Das würde bedeuten, dass die Laborumgebung die Umwandlung der Geschlechtsdrüsen beschleunigen sollte, statt sie zu verlangsamen und die Zeit bis zum ersten Laichen zu verkürzen. So kommen die Forscher zu dem Schluss, dass die langen Verzögerungen und die relativ großen Schwankungen in der Zeit für die Veränderung der Geschlechtsdrüsen bei A. ocellaris natürliche Phänomene sind, die mit ihrer einzigartigen Lebensgeschichte, der strengen genetischen Monogamie, isolierten kleinen Populationen, der langen Lebensdauer und der Unabhängigkeit von Gehirngeschlecht und Gonadengeschlecht zusammenhängt.

Zusammengenommen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Feminisierung des Gehirns durch Prozesse aus dem Inneren des Gehirns selbst inszeniert wird und dass erst nach Abschluss der Gehirntransformation die Anemonenfische die Fähigkeit haben, ihre Geschlechtsorgane zu feminisieren. Die Feminisierung der Geschlechtsdrüsen erfolgt jedoch nicht automatisch. Stattdessen scheint es, dass die Fische für Jahre bei einem weiblichen Gehirn und Verhalten bleiben können, aber mit geschrumpften männlichen Hoden und zirkulierenden Sexualsteroidspiegeln. Die Geschlechtsdrüsen scheinen auf ein unbekanntes Signal zu warten, bevor sie den Prozess abschließen und dotterbildende Eizellen produzieren.

Fußnoten

Amphiprion ocellaris
Viele Menschen kennen Anemonenfische aus dem Animationsfilm “Findet Nemo“, indem ein Anemonenfisch die Hauptrolle spielt. Der Anemonenfisch Amphiprion ocellaris kommt vom östlichen Indischen Ozean bis in den Westpazifik vor. Er lebt im Meer um Thailand, Indien, Malaysia, Australien, Indonesien, China, Taiwan, Japan und vor der Küste der Philippinen. Er hat keine Geschlechtschromosomen

Konsekutivzwitter
Bei dieser Fortpflanzungsstrategie wechseln die Lebewesen im Laufe ihres Lebens das Geschlecht. Das Tier beginnt sein Leben entweder als Weibchen und wird später zum Männchen oder umgekehrt.

Protandrie
Bei Tieren das recht häufig vorkommende Phänomen, dass konsekutiv-zwittrige Tiere zuerst männlich und später (meist nach weiterem Wachstum) weiblich sind.

Protogynie
Bei Tieren das sehr selten auftretende Phänomen, dass konsekutiv-zwittrige Tiere zuerst weiblich und danach männlich sind.

Weiterführende Literatur

[1]. Dodd LD, Nowak E, Lange D, Parker CG, DeAngelis R, Gonzalez JA, Rhodes JS. (2019) Active feminization of the preoptic area occurs independently of the gonads in Amphiprion ocellaris. Horm Behav., 11, 65-76. doi:10.1016/j.yhbeh.2019.04.002.

Meine bessere Hälfte

Der Zusammenhang zwischen Fortpflanzungsstrategie und Genomgröße bei Fadenwürmern

Erectile dysfunction linked to concussions in NFL players, Harvard study finds

Joe Dramiga

Veröffentlicht von

Joe Dramiga ist Neurogenetiker und hat Biologie an der Universität Köln und am King’s College London studiert. In seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit der Genexpression in einem Mausmodell für die Frontotemporale Demenz. Die Frontotemporale Demenz ist eine Erkrankung des Gehirns, die sowohl Ähnlichkeit mit Alzheimer als auch mit Parkinson hat. Kontakt: jdramiga [at] googlemail [dot] com

1 Kommentar

  1. Ich hatte den (an sich interessanten) Artikel bereits vor etwa 1 Woche gelesen und nicht so recht verstanden. Wegen dem Fachstil bzw. den Fachausdrücken (ich bin reichlich Laie auf diesem Gebiet). Eben habe ich ihn nochmal gelesen und einiges gegoogelt. Hier ein paar zusätzliche Angaben die verdeutlichen/helfen, was da warum abläuft.

    Aus Wikipedia *Falscher Clownfisch*: Der größte Fisch ist immer das Weibchen, die übrigen sind Männchen; stirbt das Weibchen, so wechselt das größte Männchen das Geschlecht und wird zum Weibchen.

    Aus Wikipedia *Ocellaris clownfish*: Clownfish are initially male; the largest fish in a group becomes female.

    Im Abschnitt 4.4.1: She lays eggs for about one to two hours, and then leaves the nest for the male to fertilize the eggs […] Because of the external fertilization, males usually care for the eggs. They also have responsibilities for eating fungi-infected or infertile eggs, and fanning the eggs.

    Abschnitt 4.4.2: Another experiment demonstrated that when a female anemonefish is removed from the anemone, then the dominant male becomes the female and the next-highest-ranked male moves up the dominance hierarchy to become the dominant male. Females use aggressive dominance behavior to control the males, preventing the formation of other females, and dominant males prevent juvenile males from mating. Der erste Satz besagt m.o.w. dasselbe wie dieser von Ihnen: Wenn ein Weibchen stirbt, dann beginnt ihr männlicher Partner – fast sofort -, weibliche Verhaltensweisen anzunehmen, wie z. B. die aggressive Verteidigung des Nests. Er wird zum Weibchen und das zweitgrößte Männchen zieht ins Nest ein, um ihr Gefährte zu werden.

    Fußnote von mir (bzw. aus Wikipedia *Gonade*): Eine Gonade (aus griech. gone, ‚Geschlecht‘, ‚Erzeugung‘, ‚Same‘, und aden, ‚Drüse‘), auch Keimdrüse oder Geschlechtsdrüse genannt, ist jenes Geschlechtsorgan, in dem einige Sexualhormone und sämtliche Keimzellen (Gameten) gebildet werden. Die Gonade des männlichen Geschlechts wird als Hoden (Testikel) bezeichnet, die des weiblichen Geschlechts als Eierstock (Ovar).

    Aus Ihrem blog post:

    Zusammengenommen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Feminisierung des Gehirns durch Prozesse aus dem Inneren des Gehirns selbst inszeniert wird und dass erst nach Abschluss der Gehirntransformation die Anemonenfische die Fähigkeit haben, ihre Geschlechtsorgane zu feminisieren.

    … Das Gehirn ist offenbar der wichtigste Körperteil (bei Tieren und Menschen) …

    Hier noch etwas zur musikalischen Untermalung: https://www.youtube.com/watch?v=8x-NZ7TaoT0.
    Und die lyrics: https://www.google.com/search?q=multiplication+lyrics&rlz=1C1CHBF_deDE739DE739&oq=multiplication+lyrics&aqs=chrome..69i57j0l5.10678j0j4&sourceid=chrome&ie=UTF-8

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