Schwangere Männer: Seepferdchen und Seenadeln

Seepferdchen haben eine aussergewöhnliche Fortpflanzungsart: Die Weibchen übergeben die Eier den männlichen Fischen, die sie anschliessend befruchten und in einem spezialisierten Brutsack ausbrüten. Kai Stölting, Doktorand am Zoologischen Museum, sucht nach Genen, welche bei dieser «männlichen Schwangerschaft» eine Rolle spielen. Dabei wird er vom Forschungskredit der Universität Zürich unterstützt.

Isabel Klusman

Dass bei den Seepferdchen die Mänchen «schwanger» werden faszinierte Kai Stölting schon zu Beginn seiner Forscherlaufbahn. (Bild: Kai Stölting)

Beim Treffen im Labor entschuldigt sich Kai Stölting für sein nasses T-Shirt: «Ich habe mich um die Seepferdchen gekümmert», sagt er lachend. Im Labor von Professor Tony Wilson, am Zoologischen Museum der Universität Zürich, ist er mitverantwortlich für die Pflege der eleganten Tiere. Optimale Haltungs- und Brutbedingungen zu etablieren, nimmt viel Zeit in Anspruch. Deshalb verbringt Stölting viele Stunden pro Tag im kühlen Fischraum und versucht die Fischpflege weiter zu verbessern. Schliesslich sollen seine Studienobjekte nicht nur zufrieden leben, sondern auch Nachwuchs produzieren.

Faszination Seepferdchen

Es ist offensichtlich, dass Stölting begeistert ist von seinem Forschungsprojekt und vor allem von seinen Seepferdchen. «Das Seepferdchen ist ganz klar ein Fisch», meint er, auch wenn dies für einen Laien alles andere als offensichtlich ist. Früher wurden die Seepferdchen wegen ihrem Hautpanzer gar zu den Insekten gezählt. Doch nicht nur das Äussere seiner Tiere begeistert Kai Stölting. Mit leuchtenden Augen erklärt er, weshalb er dieses Thema für seine Doktorarbeit ausgewählt hat: «Gleich von Anfang an hat mich fasziniert, dass bei den Seepferdchen die Männchen schwanger werden.»

Die männliche Schwangerschaft

Die männliche Schwangerschaft kann ganz unterschiedliche Formen annehmen: Bei einigen Seenadeln, nahen Verwandten der Seepferdchen, werden zum Beispiel lediglich die Eier an den Bauch angeheftet. Die Seepferdchen hingegen weisen eine sehr komplexe Bruttasche auf. Sie dient nicht nur dem blossen Aufbewahren der Eier: Vielmehr werden dort die vom Weibchen deponierten Eier befruchtet, bebrütet, belüftet und ernährt. In der Bruttasche sind die Embryonen sogar vor Bakterien geschützt.

Im Brutsack des Seepferdchen-Männchens werden die Eier befruchtet, ernährt und ausgebrütet. (Bild: Jürg Stauffer)

Um das Phänomen der männlichen Schwangerschaft zu verstehen, möchte Stölting herausfinden welche Gene dafür verantwortlich sind und wieso diese Schwangerschaftsformen bei den Seepferdchen während der Evolution überhaupt entstanden sind. Er untersucht dies mit einem phylogenetischen Ansatz, indem er die Evolution der männlichen Schwangerschaft von unterschiedlichen Arten genetisch miteinander vergleicht.

Das Seepferdchen als Modellorganismus

Die männliche Schwangerschaft kommt nur bei Seepferdchen und Seenadeln vor, die beide der gleichen Familie angehören. Deshalb muss Stölting mit diesen Organismen arbeiten, um die Evolution der männlichen Schwangerschaft zu untersuchen. Er kann dafür nicht gängige Modellorganismen wie Würmer oder Mäuse benützen. Erleichtert wird die Forschung dadurch, dass die Brutgrösse von durchschnittlich 300 Jungtieren eine gute Voraussetzung ist, um quantitative genetische Studien durchzuführen. Auch die relativ kurze Generationszeit von einem halben Jahr und die einfache Fütterung der Jungtiere mit Frostfutter bzw. frisch geschlüpften Salinenkrebsen, vereinfachen die Forschung mit diesen Fischen.

Auf der Suche nach den «Schwangerschaftsgenen»

Obwohl es wahrscheinlich nicht ein einzelnes Schwangerschafts-Gen gibt, welches bei allen Fischen vorhanden ist, hofft Stölting, Gene bestimmen zu können, die in allen Gruppen der Familie eine zentrale Rolle spielen: z.B. beim Zellwachstum, der Zellvermehrung oder der Immunregulation. Dazu wendet er eine molekularbiologischen Methode an, welche Gene schnell und sicher identifizieren kann (cDNA-AFLP).

Auch bei den Seenadeln, gibt es eine – allerdings weniger ausgeprägte – Form von männlicher Schwangerschaft. (Bild: Jürg Stauffer)

Stölting vergleicht die exprimierten Gene, eines schwangeren Männchen mit denen eines Männchens, welches nicht schwanger ist. Diejenigen Gene, die nur im schwangeren Männchen vorhanden sind, untersucht er weiter und identifiziert sie mit Hilfe von Datenbanken näher. «Ich rechne damit, dass ich Dutzende bis Hunderte Kandidaten-Gene identifiziere, welche ich natürlich nicht alle charakterisieren kann. Ich muss mich also für gewisse Gene entscheiden.» Ein mögliches Kandidaten-Gen wäre zum Beispiel ein Hormonrezeptorgen. Ist ein solches Gen in allen untersuchten Fischlinien während der Schwangerschaft vorhanden, so ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass dieses Gen für die männliche Schwangerschaft besonders wichtig ist.

Entlastung durch den Forschungskredit

Stölting schätzt, dass er noch anderthalb bis zwei Jahren arbeiten muss, bis er seine Doktorarbeit abschliessen kann. Während dieser Zeit wird er vom Forschungskredit finanziell unterstützt. So kann die Forschungsgruppe von Professor Tony Wilson eine zusätzliche Person mit einem eigenen Forschungsprojekt anstellen. Die neue Doktorandin untersucht nicht nur die Gene, welche für die Immunabwehr bei Seepferdchen zuständig sind, sondern hilft auch bei der Pflege der Fische – eine wichtige Entlastung auch für Stölting.

Isabel Klusman ist Projektleiterin bei Life Science Zurich

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