Warum Oktopus-Weibchen nach der Eiablage sterben

Professorin Dr. Gela Preisfeld, Biologin an der Bergischen Universität Wuppertal – © privat

Populärwissenschaftlich spricht man im Zusammenhang mit dem Phänomen der „Semelparität“ auch von der Suizid-Fortpflanzung, ein Begriff, den die Wuppertaler Biologin Gela Preisfeld jedoch als missverständlich empfindet. „Dahinter steckt keine Absicht, weil die Organismen ihren Tod ja nicht planen“, sagt sie daher und erklärt den Begriff so: „Semelparität bezeichnet im Grunde genommen eine Lebensstrategie, bei der ein Organismus seine Fortpflanzungsleistung auf eine einzige Fortpflanzungsphase, nicht unbedingt einen einzigen Akt, im Leben konzentriert. Danach findet keine weitere Reproduktion statt. Bei ausgeprägt semelparen Arten folgt darauf der Tod.“

Als Gegenmodell existiere die Strategie der Iteroparität, die die wiederholte Fortpflanzung über mehrere Zeitpunkte oder auch Fortpflanzungsperioden hinweg präsentiere. Evolutionsbiologisch gäbe es dazwischen natürlich auch immer noch alle möglichen Zwischenformen. „Entscheidend bei der Semelparität ist, dass so viele Ressourcen in die Fortpflanzung, Paarung und Brutpflege fließen, dass anschließend kaum oder keine Reserven für den Erhalt des eigenen Lebens und schon gar nicht für weitere Fortpflanzungen verbleiben.“

Lebensabwägung

Heute gibt es viele Hypothesen und Theorien zur Semelparität, die auf der sogenannten Life-history-Theorie basieren. Diese besagt, dass sich Organismen begrenzte Ressourcen wie Energie oder Nahrung auf mehrere lebensnotwendige, miteinander konkurrierende Prozesse wie z. B. Wachstum oder Fortpflanzung aufteilen müssen, was dazu führt, dass jede Investition in einen Prozess die verfügbaren Reserven für andere Prozesse reduziert.

© Bergische Universität

„Natürliche Selektion, als Prozess der Evolution, kann eine hohe Investition in eine einzige Fortpflanzungsperiode begünstigen und zwar dann, wenn der erwartete Nutzen einer späteren Fortpflanzung gering ist“, erklärt die Biologin, „es kann evolutionsbiologisch besonders dann Sinn machen, wenn erwachsene Tiere nach der ersten Reproduktion ohnehin eine hohe Wahrscheinlichkeit haben, zu sterben, oder wenn ein großer einmaliger Reproduktionsaufwand überproportional viele erfolgreiche Nachkommen erzeugt.“

Ausnahmen gebe es immer, denn Frösche produzieren z. B. mehrmals große Mengen von Nachkommen, das müsse man aber immer vor dem Hintergrund der Evolution betrachten. „Die Iteroparität wird eher begünstigt, wenn Erwachsene eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit besitzen und gute Aussichten auf mehrere erfolgreiche Fortpflanzungsperioden haben. Es ist also nicht der Tod selbst, der adaptiv sein muss, sondern es wird selektiert auf die Reproduktionsstrategie, deren Nutzen überwiegen muss. Der Tod ist nur die Konsequenz dieser Strategie.“ Daher weckt „Suizidfortpflanzung“ auch falsche Assoziationen. 

Semelparität bei Säugetieren

Sogar bei Säugetieren kommt diese Art der einmaligen Fortpflanzung vor. Forscher haben Experimente mit dem Zwergbeutelmarder (Dasyurus hallucatus) und konnten nachweisen, dass der Sexualtrieb die Männchen dermaßen schwächte, sie keine Ruhepausen einlegten und daher nach dem Sexualakt starben. „In vielen Populationen dieser Tiere kommt es nach der Paarungszeit zu einem ausgeprägten Männchensterben, während die Weibchen mehrmals Jungtiere austragen können“, sagt Preisfeld und berichtet von einer 2023 durchgeführten Studie. „Man hat die Beutelmarder mit Sendern versehen und sogenannte Akzelerometerstudien (wissenschaftliche Studien unter Verwendung von Beschleunigungssensoren zur Bewegungsmessung, Anm. d. Red.) durchgeführt und deren Geschwindigkeit gemessen. Dabei ist herausgekommen, dass Männchen während der Paarung deutlich weniger Ruhephasen einlegen und mehr Zeit mit schnellerer Fortbewegung verbringen als Weibchen. Zwar haben Schlaf- und Ruhemangel nicht unbedingt etwas mit Sexualität zu tun, aber es ist eine Erklärung für die körperliche Verschlechterung.“

Ein Zwergbeutelmarder – © gemeinfrei

Bei anderen australischen Beutelmardern konnte man zudem entdecken, dass in der kurzen Paarungszeit, die sie haben, die Kortikosteroide (Kortikosteroide sind eine Gruppe von Steroidhormonen aus der Nebennierenrinde, die stark entzündungshemmend und immunsuppressiv wirken, Anm. d. Red.) ganz massiv ansteigen. Das wiederum schädige das Gewebe, so dass die Männchen gar nicht mehr in der Lage seien, sich gegen irgendetwas zu wehren und so nach der Fortpflanzungsperiode sterben.

Anders sehe es bei den Weibchen aus: „Interessanterweise werden da diese Kortikosteroide auch ausgebildet, aber sie bilden zusätzlich kortikoidbindende Globuline aus, die dann wieder diese Kortikosteroide binden, so dass diese negative Auswirkung nicht eintreten kann.“ Erschwerend kommen bei dieser Art der Fortpflanzung auch äußere Einflüsse zur Geltung. Im Falle der Beutelmarder bedrohen mittlerweile invasive Arten wie die Aga-Kröte die geringen Bestände zusätzlich, da sie die kleinen Säuger fressen.

Aufgabenverteilung im Insektenreich

Auch Schmetterlinge gehören zur Gruppe der semelparen Tiere, von denen manche Arten in ihrer kurzen Lebensphase nicht einmal fressen können. Das gelte aber nicht für alle Arten, betont die Fachfrau und sagt: „Sehr viele adulte Schmetterlinge können und müssen auch Nahrung aufnehmen. Viele überwintern ja auch, wie unser Zitronenfalter. Zum Saugen haben sie tatsächlich ein neues, spezielles Organ entwickelt, nämlich den Saugrüssel, die Proboscis. Damit nehmen sie Nektar, Pflanzensäfte oder Wasser auf. Das ist wirklich eine spezielle Neuentwicklung in der Evolution und kann auch mit etwas Glück beobachtet werden. Es gibt aber auch Schmetterlingsgruppen, deren Imagines (Imago ist der Fachbegriff für das erwachsene, geschlechtsreife Insekt nach der Metamorphose, Anm. d. Red.) überhaupt nicht mehr fressen. Bekannte Beispiele sind der Atlasfalter oder hier bei uns in der Fauna das kleine Nachtpfauenauge aus der Gruppe der Pfauenspinner.“

Diese Tiere haben stark reduzierte Mundwerkzeuge, die teilweise funktionslos seien, so dass die Falter nicht mehr fressen könnten und auf die in der Larvenzeit aufgebauten Reserven zurückgreifen müssten. „Das Prinzip nennt man Capital Breeding (Ressourcenspeicherfortpflanzung, Anm. d. Red.) Dahinter steckt eine ganz starke Aufgabenverteilung zwischen der Larve (der Raupe) und dem Falter. Die Raupe frisst, wächst und speichert Energie. Das adulte Tier ist dann ausschließlich für die Partnersuche, Paarung und Eiablage zuständig.

Ein Oktopus, ein beeindruckender Bewohner der Meere – © gemeinfrei

Um das Verständnis für Semelparität noch einmal am Beispiel zu schärfen: Wenn ein Falter ohnehin nur wenige Tage lebt und zukünftige Fortpflanzungschancen gering sind, kann die Erhaltung eines komplexen Verdauungs- und Nahrungserwerbsapparats selektiv weniger vorteilhaft sein als die Investition der vorhandenen Ressourcen in Flug, Partnerfindung und Reproduktion. Dass ein adulter Falter nicht frisst, ist für Semelparität unerheblich. Beide Merkmale müssen begrifflich getrennt werden

Längerer Geschlechtsakt erhöht Nachkommenschaft

„Bei der Spinnenart der Schwarzen Witwe ist das noch komplexer“, erklärt Preisfeld, „denn da bietet sich ja das Männchen dem Weibchen quasi als Futter an. Dahinter steckt die Strategie, dass dieser Kannibalismus, der da stattfindet, mit einer längeren und vollständigeren Kopulation verbunden ist.“ Die Forschung habe da interessante Ergebnisse hervorgebracht. „Man weiß nämlich, dass die Männchen, die kannibalisiert werden, eine höhere Vaterschaft erreichen, als nicht kannibalisierte Männchen. Durch den längeren Sexualakt werden beide zur Verfügung stehenden Spermatheken des Weibchens gefüllt, die Nachkommenschaft eines Tieres verdoppelt sich dann.“

Semelparität bei im Wasser lebenden Tieren

Oktopusweibchen führen trotz ihres hohen Entwicklungsstands und großen Gehirns nach der Eiablage ihren Tod selber herbei, weil sie nichts mehr fressen und erleben nicht einmal das Schlüpfen ihrer Jungtiere. Forschende haben herausgefunden, dass die Sehdrüse der Kopffüßer eine Art „Selbstmord“-Botenstoff ausschüttet, eine Vorstufe des Cholesterins. „Es gibt tatsächlich ganz viele Botenstoffe in dieser sogenannten Sehdrüse, die ein neuroendokrines Organ ist, dass so ein bisschen unserer Hypophyse (die Hypophyse ist eine etwa erbsengroße Hormondrüse an der Unterseite des Gehirns. Sie gilt als die zentrale Steuerzentrale für den Hormonhaushalt des Körpers, Anm. d. Red.) entspricht und deren Aktivität sich bei dem Oktopusweibchen nach der Eiablage ganz massiv verändert.“

Und das sei nur ein kleiner Teil eines großen molekularbiologischen Prozesses, der im Hintergrund ablaufe und dessen Bedeutung bis heute nicht hinlänglich geklärt sei. Tatsache ist aber, „dass das Weibchen seine verbleibenden Ressourcen in seine eine Brut investiert. Die Eier werden vom Weibchen über viele Wochen und Monate bewacht, belüftet und gereinigt und können sich so erfolgreich reproduzieren. Wenn die Jungtiere schlüpfen und die Mutter tot ist, kann sie auch nicht mehr mit dem eigenen Nachwusch konkurrieren oder ihn gar fressen, denn Kannibalismus ist bei den Kopffüßlern nicht ungewöhnlich. Die Natur ist da relativ brutal. Der Zweck ist erfüllt, wenn die Fortpflanzung erfolgreich war.“

Ein Rotlachs – © gemeinfrei

Pazifische Lachse sind ein weiteres spannendes Beispiel. Sie schwimmen nach Jahren im Ozean tausende Kilometer flussaufwärts in ihre Laichgewässer, zeugen dort den Nachwuchs und sterben danach. Heute wisse man ziemlich genau, warum das so sei. Beim Eintritt in die Fortpflanzungsphase spielten dabei die hormonelle Reife sowie Umweltfaktoren wie Tageslänge und Temperatur eine wesentliche Rolle. „Deswegen reagieren die Tiere eines Jahrgangs ungefähr zur gleichen Jahreszeit. Es ist also nicht der Fisch, der das bestimmt, sondern es sind die äußeren Faktoren. Wenn man sich die Navigation anschaut, dann weiß man, dass es ein zweistufiges Orientierungssystem bei den Fischen gibt. Sie benutzen im offenen Ozean Informationen aus dem Erdmagnetfeld, d.h. die Jungtiere, wenn sie die Heimatregion verlassen, prägen sich lokale geomagnetische Ströme ein, die sie offenbar später wieder abrufen können. Das ist total faszinierend.“

Mit diesen Informationen fänden sie dann die richtige Küstenregion. „Dann müssen sie noch herauskriegen, wo sie genau hinmüssen. Dazu hat man den Rotlachs im Frazer River (Kanada) untersucht. Wenn die Lachse die eigene Region finden wollen, dann kommt der Geruchssinn als zweites Orientierungssystem dazu. Sobald also die Tiere die Küstenregion und das eigene Flußsystem erreichen, können sie anhand der chemischen Signatur des Heimatgewässers erkennen, wo sie hinmüssen. Auch das haben sie sich als Jungfische eingeprägt. Sie können so auch Jahre später in das Heimatgewässer navigieren.“ Dort abgekommen sterben sie nach der Eiablage vor Erschöpfung und hormonellem Verfall.

Semelparität im Pflanzenreich

Und auch bei Pflanzen kommt die Semelparität vor. Da ist die Agave ein schönes Beispiel. Wenn die Blüte einmal aufgegangen ist, stirbt die Pflanze ab. Das kann aber sogar Jahrzehnte dauern. Doch woran erkennt die Pflanze, dass nun die Zeit der Blüte und damit das Ende kommt? Das sei wieder ein Zusammenspiel vieler verschiedener Faktoren, erklärt Preisfeld. „Das Alter, der Entwicklungszustand, die Größe oder der Ressourcenstatus sowie molekulare Blühsignale sind dafür verantwortlich. Besonders von der Agave tequilana weiß man, dass es dort ein Masterkontrollgen gibt, dass bei Blütenpflanzen den Übergang von vegetativem zu reproduktivem Wachstum steuert. Die Pflanze kann ihr Alter anhand interner Faktoren bestimmen. Eine junge Agave bleibt also lange in einem vegetativen Zustand, in dem sie nicht wie die meisten anderen Pflanzen auf Tageslicht usw. reagiert. Erst, wenn eine bestimmte Wachstumsphase erreicht wird,  reagiert sie auf endogene und exogene Faktoren wie Tageslänge, Temperatur und Licht, und dann wird erst der Übergang zur Blüte ausgelöst.“

Eine Agave potatorum, Karelj – © gemeinfrei

Nach der Reproduktion der Blüte werden ganz große Mengen gespeicherter Kohlenhydrate in diesen oft meterhohen Blütenstand transportiert. Blüte, Fruchtstand und Samen werden dann ausgebildet und dieser immense Energieaufwand kann dann zum Tod der Pflanze führen. 

Der programmierte Zelltod

Bei Pflanzen sterben manchmal auch nur bestimmte Pflanzenteile ab, und das kann sogar sehr nützlich sein. „Man spricht bei Pflanzen in diesem Zusammenhang vom programmierten Zelltod“ erklärt Preisfeld, „und der ist bei Pflanzen aus zwei Gründen unverzichtbar. Zum einen für die Entwicklung und zum anderen für die Abwehr.“ Bei der Entwicklung könne die Pflanze einzelne Teile absterben lassen. Das sei wichtig, wenn man sich das Wassertransportsystem der Pflanze anschaue. „Die Leitungsbahnen (die Tracheen) im Inneren werden hohl, die eigenen Zellen werden also abgebaut. Dann kann das Wasser transportiert werden. Ein Röhrensystem kann nur dann in einem Baum funktionieren, wenn Zellen, die der Röhre im Weg stehen, absterben.“

Der programmierte Zelltod sei zudem auch bei der Bildung von Blüten wichtig, denn Blüten seien ja nichts anderes, als ein reduzierter Spross. „Es sind Organe zu Fortpflanzungsorganen umfunktioniert.“ Bei der Abwehr sehe es dann so aus, dass die Pflanze die Zellen um den Infektionsherd herum einfach absterben lässt, um sich zu schützen. „Beim programmierten Zelltod sehen wir als Resultat z. B. ein kaputtes Blatt. Aber schon vorher werden die wichtigen Substanzen wie Stickstoff, Phosphor und Kohlehydrate dem Blatt entzogen und woanders hin transportiert. Das kann die Fitness des Gesamtorganismus erhöhen. Der entscheidende evolutionsbiologische Punkt ist damit ähnlich wie bei Semelparität auf Organismenebene: Der Tod einer einzelnen Zelle, eines Gewebes oder eines Organs kann die Fitness des Gesamtorganismus erhöhen. 

Uwe Blass

Prof. Dr. Gela Preisfeld – © privat

Über Prof. Dr. Gela  Preisfeld

Professorin Dr. Gela Preisfeld studierte, promovierte und habilitierte an der Universität in Bielefeld. Nach kurzen Forschungsaufenthalten in Australien und einer Vertretung an der Goethe-Universität Frankfurt/Main nahm sie den Ruf auf den Lehrstuhl Biologie und ihre Didaktik, Zoologie an der Bergischen Universität an, den sie von 2006 bis 2026 inne hatte.