Deutlich länger als bei MenschenRätsel um Riesen-Spermien von Fruchtfliegen gelöst
Auf mikroskopischer Ebene vollbringen die Spermien von Fruchtfliegen Erstaunliches: Die extrem langen Samenzellen auf engstem Raum verheddern sich nicht. Dahinter steckt ein physikalischer Mechanismus, der auch für die Verpackung von DNA eine Rolle spielt.
Obwohl sie gigantisch lang sind und sich zu Tausenden einen winzigen Raum teilen, verheddern sich auf ihren Einsatz wartende Fliegen-Spermien nicht. Die hochbeweglichen Zellen bildeten eine Art lebenden Flüssigkristall, erläutern Forschende im Fachmagazin "Nature Physics". Ein Spermium der Fruchtfliege ist demnach rund 1,8 Millimeter lang - und damit fast so groß wie das Tier selbst. Zum Vergleich: Eine Samenzelle des rund 800 Mal größeren Menschen misst nur 0,05 Millimeter.
Der Großteil der Spermienlänge entfällt auf den Flagellum genannten Schwanz, der nadelförmige Kopf ist nur rund 0,01 Millimeter lang. Jedes Fliegenmännchen lagert jeweils Tausende der aktiven Zellen in nur etwa 0,2 Millimeter großen Samenblasen - warum verknoten sie nicht binnen kürzester Zeit unentwirrbar?
Ein Team um Michael Shelley vom Flatiron Institute in New York ist den physikalischen Gründen mit dreidimensionaler Elektronenmikroskopie und Live-Fluoreszenzbildgebung auf die Spur gekommen. Die Spermien ordnen sich demnach zu einem dichten, hochdynamischen Material und erzeugen kollektive Strömungen über das gesamte Organ hinweg.
Längere Spermien können Konkurrenten verdrängen
Einzelne Spermien können sich innerhalb der dichten Anordnung schnell fortbewegen, indem sie entlang der gemeinsamen Ausrichtung an benachbarten Spermien vorbeigleiten. Anhand von Modellrechnungen vermuten die Autoren, dass sie kleine Biegewellen entlang ihrer Schwänze erzeugen und dabei gegen benachbarte Schwänze drücken, die sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen.
Die Autoren verweisen zudem darauf, dass die dichte Packung langer Strukturen ein verbreitetes biologisches Phänomen ist. Als markantes Beispiel nennen sie die Verpackung von Metern chromosomaler DNA in einem menschlichen Zellkern von rund 10 Mikrometern Größe.
Doch warum produzieren die Fruchtfliegen überhaupt so ungeheuer lange, energieaufwendige Spermien? Längere Samenzellen können kürzere Konkurrenten früheren Forschungsergebnissen zufolge recht erfolgreich aus dem weiblichen Geschlechtstrakt verdrängen. Von den langen Spermien können die Fliegen zwar weniger produzieren, als wenn sie auf kürzere setzen würden. Das ist aber nicht so schlimm: Bei kleinen Tierarten ist die Strecke, die die Samenzellen bei der Befruchtung zurücklegen müssen, kleiner. Damit sinkt auch das Verlustrisiko. Bei großen Arten wie Elefanten gehen Spermien eher verloren, daher ist die Spermienzahl dann wichtiger.