Ein ständiges Wettrüsten

In diesem See findet ein evolutionäres Wettrüsten statt

Wissenschaftler gehen heute davon aus, dass der Wettkampf zwischen Parasit und Wirt einen entscheidenden Anteil an der Evolution hat. Denn er sorgt für den notwendigen Druck, um etwas zu verändern. Wer sich nicht an seinen Gegenspieler anpassen kann, stirbt aus. Aufgrund dieses Wettrüstens haben sich mit der Zeit komplexe Immunsysteme und andere Artmerkmale entwickelt. Zum Beispiel das aufwändige Federkleid des Pfaus, das dieser so eitel den Weibchen präsentiert: Evolutionsforscher gehen davon aus, dass dieses Federkleid lediglich dazu dient, einem Weibchen zu zeigen, dass man gute Gene gegen Parasiten hat und daher nicht befallen ist. Tatsächlich haben Pfauen-Männchen, die von Parasiten befallen sind, kein so schönes Federkleid. Eine ähnliche Funktion schreiben Forscher dem Hirsch-Geweih und anderem auffälligen Körperschmuck bei Tieren zu. Manche Wissenschaftler führen sogar die sexuelle Fortpflanzung auf das ständige Wettrüsten gegen Parasiten zurück: Denn der Austausch von Genen, der beim Sex stattfindet, ermöglicht eine schnellere Anpassung als zum Beispiel eine Fortpflanzung durch Zellteilung.

Ein besonderes Wirt-Parasit-System

Links ein gesunder Wasserfloh mit vielen gelblichen Eiern, rechts ein infizierter Wasserfloh ohne Eier

Theoretisch sollten sich Wirte und Parasiten also in einem ewigen Katz-und-Maus-Spiel immer aneinander anpassen. Leider ließ sich das bisher nicht überprüfen, denn der Prozess wird erst nach vielen Generationen sichtbar. Doch Forschern aus der Schweiz und aus Belgien ist es jetzt erstmals gelungen, diese Anpassung live zu beobachten.

Sie haben dazu ein besonderes Parasit-Wirt-System entdeckt - in einem kleinen See im belgischen Leuven in der Nähe von Brüssel. In diesem See leben sowohl der Wirt, ein Wasserfloh, etwa so groß wir ein Reiskorn, als auch der Parasit, ein Bakterium. Das Bakterium wird vom Wasserfloh mit der Nahrung aufgenommen. Jetzt beginnt der Kampf: Der Wasserfloh wehrt sich mit Hilfe seines Immunsystems. Wenn das Immunsystem des Wasserflohs nicht mit dem Bakterium fertig wird, machen die Bakterien den Wasserfloh unfruchtbar. Dieser Kampf zwischen Wirt und Parasit findet schon seit vielen Generationen statt. Im Wasser findet man natürlich immer nur die heutige Generation – doch die Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, um die vergangenen Generationen von Wirt und Parasit wiederauferstehen zu lassen…

Wiederbelebung im Labor

Vom Boot aus in die Vergangenheit

Sowohl die Wasserflöhe als auch die Bakterien haben zusätzlich zu ihrer kontinuierlichen Vermehrung eine weitere Überlebensstrategie: Sie bilden sogenannte Dauerstadien. Die Wasserflöhe legen Eier, die auf den Seeboden absinken und dort Jahrzehnte überdauern können. Und die Bakterien bilden Sporen aus, eine Art kleine Kapseln, die ebenfalls Jahrzehnte überleben können. Sowohl Eier als auch Sporen versinken mit der Zeit im Schlick am Grund des Sees.

Die Wissenschaftler holen die Eier und Sporen wieder an die Oberfläche. Sie bohren mit einem Rohr in den Schlick. Diesen Bohrkern teilen sie in verschiedene Schichten. Je tiefer die Schicht, umso älter ist sie. Pro Schicht geht es rund fünf Jahre weiter in die Vergangenheit. Die unterste Schicht stammt aus den 1970iger-Jahren. In der Zeitrechnung der Wasserflöhe sind seitdem 400 Generationen vergangen.

Im Labor lassen die Wissenschaftler aus den Wasserfloh-Eiern jeder Schlickschicht Wasserflöhe schlüpfen; und aus den Bakteriensporen lassen sie Bakterien entstehen. Auf diese Wiese erhalten sie zwei Zeitreihen der Evolution: zum einen eine Zeitreihe lebendiger Wasserflöhe, wie sie sich von 1970 bis heute verändert haben. Zum anderen die Zeitreihe der Bakterien, wie sie sich parallel dazu von 1970 bis heute entwickelt haben.

Evolution im Labor

Lässt sich die Evolution im Labor nachstellen?

In freier Natur trafen natürlich immer nur die Paare desselben Jahrgangs aufeinander, sprich: Ein Wasserfloh von 1985 zum Beispiel musste sich nur gegen Bakterien wehren, die ebenfalls von 1985 stammten. Die Evolutionsforscher vermuten: Bei diesem Zusammentreffen haben nur jene Wasserflöhe überlebt, deren Immunsystem die Parasiten erfolgreich abwehren konnte. Und sie haben diese Fähigkeit an ihre Nachkommen weitergegeben. Die Wasserflöhe einer späteren Generation – zum Beispiel von 1990 – sollten also gut gegen die Parasiten von 1985 gewappnet sein. In der Natur lässt sich diese Theorie aber nicht prüfen, da sich ja inzwischen auch die Parasiten ihrerseits an das Immunsystem der Wasserflöhe angepasst haben. Der Test findet daher im Labor statt.

Grundthese der Evolution bestätigt

Wenn der Parasit aus demselben Jahrgang stammt wie der Wirt, ist er für den Wirt besonders gefährlich

Im Labor bringen die Forscher zum Beispiel Wasserflöhe von 1990 einmal mit Parasiten von 1990 zusammen, ein anderes Mal mit Parasiten von 1985. Dieser direkte Vergleich bestätigt die These: Tatsächlich werden wesentlich weniger Wasserflöhe von den Parasiten aus der Vergangenheit infiziert als von den aktuellen Parasiten. Dieses Ergebnis zeigt sich bei allen Kombinationen, also nicht nur für die Jahre 1985 und 1990. Die Wasserflöhe passen sich also offenbar immer an die Parasiten an, in dem sich ihr Immunsystem verändert. Gleichzeitig ändert sich auch der Parasit ständig und kann somit das aufgerüstete Immunsystem erneut überwinden.

Auch wenn es nur ein kleiner See in Belgien ist: Offenbar findet hier ein typischer Wettkampf zwischen Wirt und Parasit statt – ein kleiner Ausschnitt der Evolution.