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Gibt es Tierarten mit dem Geschlecht eines Nachkommens, das durch das Geschlecht des vorhergehenden Nachkommens bestimmt wird?


Wenn beispielsweise der erste Nachwuchs eines Tieres männlich ist, sind auch alle nachfolgenden Nachkommen männlich (das Geschlecht des ersten Nachwuchses könnte zufällig bestimmt werden). Kommt es bei irgendeiner Spezies vor?


Ich kann mir einen (vielleicht trivialen) Fall vorstellen, in dem dies passiert. Bei Insekten mit haplodiploider Geschlechtsbestimmung (wie Hymenoptera) sind fast alle Nachkommen eines Männchens weiblich, da sie diploid sind.


Es ist leicht, Sex als eindeutig, schwarz und weiß zu betrachten. Wir müssen regelmäßig das Kästchen "männlich" oder "weiblich" auf verschiedenen Formularen ankreuzen, wir gehen zu verschiedenen Sportveranstaltungen, um Männer und Frauen gegeneinander antreten zu sehen, und wir wählen Babykleidung oft danach, ob das Freudenbündel ein Junge oder ein Mädchen ist . Aber in der Natur ist Sex eine sehr graue Zone – er ist vielfältig, kompliziert und oft unglaublich formbar. Unsere sexuelle Konfiguration ist nur eine von vielen im Tierreich, die sich über viele Generationen hinweg entwickelt haben, um bestimmte Probleme zu lösen oder in herausfordernden Umgebungen erfolgreich zu sein. Sex ist einfach ein weiteres Werkzeug im evolutionären Werkzeugkasten. Es ermöglicht Tieren mit völlig unterschiedlichen Lebensstilen und Ansprüchen, auf erstaunliche Weise zu gedeihen.

Durch die Durchsicht einiger der Diskrepanzen zwischen Geschlecht und Geschlecht im letzten Teil wurde deutlich, dass diese beiden Konzepte nicht untrennbar miteinander verbunden sind. Selbst in der wissenschaftlichen Welt, in der Definitionen von größter Bedeutung sind, unterliegen diese Begriffe einer großen Verwirrung. Wir wenden uns also den grundlegendsten Grundlagen von Sex zu – was Männer von Frauen unterscheidet und wie Sex bestimmt wird – und stellen fest, dass selbst diese grundlegenden Konzepte unglaublich komplex sind. Wenn wir uns Sex im Tierreich ansehen, können wir lernen, wo es feste Regeln für Männer und Frauen gibt und wo Sex flexibler und flüssiger ist.


Warum zeigen manche Tiere gleichgeschlechtliches Sexualverhalten? Die bessere Frage ist… warum nicht?

Gleichgeschlechtliche Anziehung kann ein Geschenk eines alten Vorfahren sein.

Anfang dieses Jahres machten zwei männliche Pinguine im Berliner Zoo Schlagzeilen, weil sie ein verlassenes Ei gemeinsam erzogen haben – aber das Paar ist keine Anomalie. Bis heute haben Wissenschaftler gleichgeschlechtliches Sexualverhalten bei mehr als 1.500 Tierarten erfasst, von Hausrindern bis hin zu Fadenwürmern.

Wissenschaftler haben unzählige Hypothesen aufgestellt, um zu erklären, warum gleichgeschlechtliches Sexualverhalten (SSB) trotz des vermeintlichen Darwinschen Paradoxons fortbesteht – warum sollten Tiere Zeit und Energie für sexuelle Aktivitäten aufwenden, die keine Chance auf Nachkommen haben?

Ein neues theoretisches Papier veröffentlicht in Naturökologie und Evolution weicht von der traditionellen Frage nach dem „Warum“ ab und fragt stattdessen… na ja, warum nicht? Die Autoren des Papiers schlagen vor, dass diese Verhaltensweisen bei einem gemeinsamen Vorfahren aufgetreten sind, aus dem sich alle Tiere entwickelt haben, und dass sie bestehen geblieben sind, weil sie, wenn überhaupt, nur wenige Kosten verursachen. Stattdessen sind SSB ökologisch „neutral“ und daher gäbe es keinen Grund für die natürliche Selektion, sie auszusondern. Tatsächlich, so argumentiert das Papier, kann ein gewisses Maß an sexueller Flexibilität ein evolutionäres Plus sein.

Die Theorie der natürlichen Auslese – vorgeschlagen von Charles Darwin – ist einer der Hauptmechanismen, die die Evolution antreiben. Einfach ausgedrückt lautet die Theorie so: Innerhalb eines Organismus oder einer Art gibt es eine Vielfalt von Merkmalen. Einige dieser Eigenschaften können von Vorteil sein, während andere schädlich sein können. Wenn bestimmte Eigenschaften entweder Ja wirklich hilfreich oder wirklich schädlich, sie haben einen Einfluss auf die Überlebensfähigkeit eines Organismus und die Weitergabe seiner Gene – dies ist die „Fitness“ eines Tieres. Tiere mit den wirklich nützlichen Merkmalen können mehr Nachkommen haben, was bedeuten kann, dass das Merkmal im Genpool dieser Art häufiger vorkommt. Dies geschieht jedoch nicht bei jeder Anpassung.

„Manchmal, wenn sich Populationen im Laufe der Zeit ändern, ist dies nur zufällig, nicht weil eine bestimmte Variante in Bezug auf die Fitness besser oder schlechter ist“, sagt Erin Giglio, eine der Co-Autoren der Studie und Doktorandin an der Universität von Texas Austin studiert Ökologie, Evolution und Tierverhalten. Sie beschreibt etwas, das genetische Drift genannt wird – ein weiterer Mechanismus der Evolution und eine mögliche Erklärung für die Persistenz von SSB.

Frühere Forschungen zum Thema gleichgeschlechtliches Sexualverhalten beruhten auf der Annahme, dass der gemeinsame Vorfahre der Tiere ausschließlich unterschiedlichgeschlechtliches Sexualverhalten (DSB, oder was Menschen Heterosexualität nennen) betreibt. Daher gehen frühere Hypothesen davon aus, dass sich SSB unabhängig über verschiedene Tierlinien hinweg entwickelt hat. Die Wissenschaftler hinter dem neuen Papier glauben das Gegenteil – dass SSB ein Merkmal ist, das bei einem gemeinsamen Vorfahren vorkommt – einer Spezies, die wahllose Paarung als Fortpflanzungsstrategie praktizierte.

„Bei jedem Merkmal, das bei verschiedenen Tierarten so weit verbreitet ist, würde man normalerweise zumindest die Hypothese in Betracht ziehen, dass das Merkmal vom Ursprung her da war“, sagt Julia Monk, Hauptautorin des Artikels und Doktorandin in Ökologie an der Yale School Forstwirtschaft und Umwelt.

Monk und die anderen Co-Autoren vermuten, dass der gemeinsame Vorfahre eine vielzellige, sich sexuell fortpflanzende, unbewegliche Kreatur war, die höchstwahrscheinlich nicht ein Geschlecht seiner Art von einem anderen unterscheiden konnte. Organismen, die ausschließlich sexuelles Verhalten unterschiedlicher Geschlechter praktizieren, verlassen sich auf Merkmale wie unterschiedliche Körpergrößen, Farben oder chemische Signale, um zwischen den Geschlechtern zu unterscheiden. Der theoretische Vorfahr hatte diese dimorphen Merkmale oder die Fähigkeit, sie noch nicht zu unterscheiden, also sowohl SSB als auch DSB, um die Paarungschancen zu maximieren.

„Viele Studien gehen davon aus, dass die Kosten für gleichgeschlechtliches Sexualverhalten offensichtlich hoch sind. Daher gab es entweder einen großen unbekannten Vorteil für dieses Verhalten, das erklären würde, warum es sich entwickelt hat, oder es war nur eine Art Fehlanpassung“, sagt Monk.

Monk und ihre Co-Autoren argumentieren jedoch, dass mit SSB, wenn überhaupt, nur geringe Kosten verbunden sind. Im Vergleich zu anderen Hindernissen für die Fortpflanzungsfähigkeit eines Tieres – wie Unfruchtbarkeit oder Partnerkonkurrenz – sind die Folgen von SSB weitaus geringer. Daher wäre die Selektion für oder gegen das Merkmal relativ schwach.

„Die Vorstellung, dass alles an der Welt und an einer bestimmten Art ein Produkt der Selektion ist und dass es ein perfektes Tier gibt, das die Evolution anstrebt, ist ein großes Problem in der Evolutionsbiologie“, sagt Giglio. „Manchmal sind Vielfalt und unterschiedliche Herangehensweisen an ein Problem gleichermaßen wertvoll.“

Historisch gesehen haben Evolutionsbiologen die natürliche Welt aus einer menschenzentrierten Perspektive betrachtet – eine, die SSB viele Jahre lang als ungehörig oder zumindest irrelevant betrachtete. Genau aus diesem Grund wählten die Autoren Begriffe wie SSB und DSB anstelle von „Homosexualität“ oder „Heterosexualität“, um eine Verschmelzung zwischen menschlichen kulturellen Vorurteilen und nicht-menschlichem tierischem Sexualverhalten weiter zu verhindern. Während die Autoren des Papiers einräumen, dass ihre neue Hypothese möglicherweise falsch ist, hoffen sie, andere Wissenschaftler zu ermutigen, sich von alten Normen zu lösen, um die Welt besser zu verstehen.

„Es ist wirklich wichtig, kritisch darüber nachzudenken, wie wir an bestimmte Phänomene herangehen und versuchen, sie zu verstehen, um klare Antworten darauf zu erhalten, woher wir kommen oder wer wir sind“, sagt Giglio. "Wenn wir nicht die richtigen Fragen stellen, werden wir nie die richtigen Antworten bekommen."

Grace Wade ist Mitherausgeberin bei Insider's Gesundheitsreferenzteam und ein Mitwirkender für Populärwissenschaft. Ihre Arbeit deckt ein breites Spektrum von Wissenschafts- und Gesundheitsthemen ab, darunter Ernährung, Disparitäten im öffentlichen Gesundheitswesen, psychische Gesundheit und Biologie. Grace hat einen Doppelabschluss in Journalismus und Wissenschaft in menschlichen Kulturen von der Northwestern University mit den Schwerpunkten Umwelt, Wissenschaft und Gesellschaft. Kontaktieren Sie den Autor hier.


Jungfrauengeburten durch Parthenogenese: Wie sich Weibchen einiger Arten ohne Männchen fortpflanzen können

Die Arbeit fertigstellen. Ein weiblicher asiatischer Wasserdrachen (Physignathus cocincinus) brachte ohne Hilfe eines Männchens eine Tochter (links) zur Welt. Quelle: Skip Brown/Smithsonian’s National Zoo

Ein asiatischer Wasserdrache schlüpfte im Smithsonian National Zoo aus einem Ei, und ihre Pfleger waren schockiert. Wieso den? Ihre Mutter war noch nie mit einem männlichen Wasserdrachen zusammen gewesen. Durch Gentests entdeckten Zoowissenschaftler, dass das frisch geschlüpfte Weibchen, das am 24. August 2016 geboren wurde, durch einen Fortpflanzungsmodus namens Parthenogenese produziert wurde.

Parthenogenese ist ein griechisches Wort und bedeutet "jungfräuliche Schöpfung", bezieht sich jedoch speziell auf die weibliche asexuelle Fortpflanzung. Während viele Menschen annehmen, dass dieses Verhalten der Domäne von Science-Fiction oder religiösen Texten ist, ist die Parthenogenese überraschend im gesamten Lebensbaum verbreitet und kommt in einer Vielzahl von Organismen vor, darunter Pflanzen, Insekten, Fische, Reptilien und sogar Vögel. Da Säugetiere, einschließlich des Menschen, bestimmte Gene benötigen, die aus Spermien stammen, sind Säugetiere zur Parthenogenese nicht in der Lage.

Nachwuchs ohne Sperma zeugen

Zur sexuellen Fortpflanzung gehören ein Weibchen und ein Männchen, die jeweils genetisches Material in Form von Eiern oder Spermien beisteuern, um einzigartige Nachkommen zu schaffen. Die überwiegende Mehrheit der Tierarten pflanzt sich sexuell fort, aber die Weibchen einiger Arten sind in der Lage, Eier zu produzieren, die das gesamte genetische Material enthalten, das für die Fortpflanzung erforderlich ist.

Weibchen dieser Arten, zu denen einige Wespen, Krebstiere und Eidechsen gehören, vermehren sich nur durch Parthenogenese und werden als obligate Parthenogene bezeichnet.

Eine größere Anzahl von Arten erlebt eine spontane Parthenogenese, die am besten bei Tieren dokumentiert ist, die in Zoos gehalten werden, wie der asiatische Wasserdrache im National Zoo oder ein Schwarzspitzenhai im Virginia Aquarium. Spontane Parthenogene reproduzieren sich typischerweise sexuell, können aber gelegentlich Zyklen haben, die entwicklungsreife Eier produzieren.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die spontane Parthenogenese ein erbliches Merkmal sein kann, was bedeutet, dass Frauen, die plötzlich eine Parthenogenese erleben, mit größerer Wahrscheinlichkeit Töchter haben, die dasselbe tun können.

Wie können Weibchen ihre eigenen Eier befruchten?

Damit die Parthenogenese stattfinden kann, muss sich eine Kette von zellulären Ereignissen erfolgreich entfalten. Erstens müssen Weibchen in der Lage sein, ohne Stimulation durch Spermien oder Paarung Eizellen (Oogenese) zu erzeugen. Zweitens müssen sich die von den Weibchen produzierten Eier von selbst entwickeln und einen Embryo im Frühstadium bilden. Schließlich müssen die Eier erfolgreich schlüpfen.

Jeder Schritt dieses Prozesses kann leicht fehlschlagen, insbesondere der zweite Schritt, bei dem sich die Chromosomen der DNA im Ei verdoppeln müssen, um eine vollständige Genergänzung für die sich entwickelnden Nachkommen sicherzustellen. Alternativ kann das Ei durch übrig gebliebene Zellen aus dem Eiproduktionsprozess, die als Polkörperchen bekannt sind, "falsch befruchtet" werden. Welche Methode auch immer die Entwicklung des Embryos in Gang setzt, bestimmt letztendlich den Grad der genetischen Ähnlichkeit zwischen der Mutter und ihrem Nachwuchs.

Die Ereignisse, die die Parthenogenese auslösen, sind nicht vollständig verstanden, scheinen aber Umweltveränderungen einzuschließen. Bei Arten, die sowohl zur sexuellen Fortpflanzung als auch zur Parthenogenese fähig sind, wie Blattläuse, können Stressoren wie Gedränge und Raubtiere dazu führen, dass Weibchen von der Parthenogenese zur sexuellen Fortpflanzung wechseln, aber nicht umgekehrt. Bei mindestens einer Art von Süßwasserplankton scheint ein hoher Salzgehalt den Wechsel zu verursachen.

Vorteile der Selbstreproduktion

Obwohl die spontane Parthenogenese selten zu sein scheint, bietet sie der Frau, die sie erreichen kann, einige Vorteile. In einigen Fällen kann es den Weibchen ermöglichen, ihre eigenen Paarungspartner zu generieren.

Das Geschlecht parthenogenetischer Nachkommen wird nach der gleichen Methode bestimmt, wie das Geschlecht in der Art selbst bestimmt wird. Bei Organismen, bei denen das Geschlecht durch Chromosomen bestimmt wird, wie die XX-weiblichen und XY-männlichen Chromosomen bei einigen Insekten, Fischen und Reptilien, kann eine parthenogenetische Frau nur mit den ihr zur Verfügung stehenden Geschlechtschromosomen Nachkommen zeugen – was bedeutet, dass sie immer weibliche Nachkommen XX zeugen wird . Aber bei Organismen, bei denen Weibchen ZW-Geschlechtschromosomen haben (wie bei Schlangen und Vögeln), werden alle lebenden Nachkommen entweder ZZ und daher männlich oder viel seltener WW und weiblich sein.

DNA-Analyse wurde verwendet, um Beweise für fakultative Parthenogenese (bei der sich ein Weibchen ungeschlechtlich fortpflanzte) in einer grünen Anakonda im Ueno Zoo, Japan, zu validieren! https://t.co/ykeH7sbE45 #2018MMM pic.twitter.com/NbjlKl0UyX

— Melissa A. Wilson (@sexchrlab) 22. März 2018

Zwischen 1997 und 1999 brachte eine im Phoenix Zoo gehaltene karierte Strumpfbandschlange zwei männliche Nachkommen zur Welt, die schließlich das Erwachsenenalter überlebten. Wenn sich ein Weibchen mit ihrem parthenogenetisch gezeugten Sohn paart, handelt es sich um Inzucht. Während Inzucht zu einer Vielzahl genetischer Probleme führen kann, ist es aus evolutionärer Sicht besser, als überhaupt keine Nachkommen zu haben. Die Fähigkeit von Weibchen, durch Parthenogenese männliche Nachkommen zu zeugen, deutet auch darauf hin, dass die asexuelle Fortpflanzung in der Natur häufiger vorkommt, als Wissenschaftler jemals zuvor erkannt haben.

Biologen haben über lange Zeiträume beobachtet, dass Arten, die obligat parthenogen sind, häufig durch Krankheiten, Parasitismus oder Lebensraumveränderungen aussterben. Die den parthenogenetischen Arten innewohnende Inzucht scheint zu ihren kurzen evolutionären Zeitlinien beizutragen.

Die aktuelle Forschung zur Parthenogenese versucht zu verstehen, warum einige Arten sowohl zum Geschlecht als auch zur Parthenogenese fähig sind und ob eine gelegentliche sexuelle Fortpflanzung für das Überleben einer Art ausreichen könnte.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.


Inhalt

Bei vielen Arten wird das Geschlecht durch Umweltfaktoren bestimmt, die während der Entwicklung erfahren werden. Viele Reptilien haben eine temperaturabhängige Geschlechtsbestimmung. Die Temperatur, die Embryonen während ihrer Entwicklung erfahren, bestimmt das Geschlecht des Organismus. Bei einigen Schildkröten zum Beispiel werden Männchen bei niedrigeren Inkubationstemperaturen produziert als Weibchen, dieser Unterschied der kritischen Temperaturen kann nur 1-2 °C betragen.

Viele Fische wechseln im Laufe ihres Lebens das Geschlecht. Dieses Phänomen heißt sequenzieller Hermaphroditismus. Bei Clownfischen sind kleinere Fische männlich und der dominante und größte Fisch einer Gruppe wird weiblich. Bei vielen Lippfischen ist das Gegenteil der Fall – die meisten Fische sind bei der Geburt weiblich und werden männlich, wenn sie eine bestimmte Größe erreichen. Sequentielle Hermaphroditen können im Laufe ihres Lebens beide Arten von Gameten produzieren, aber zu jedem Zeitpunkt sind sie entweder weiblich oder männlich. [3]

Bei einigen Farnen ist das Standardgeschlecht Hermaphrodit, aber Farne, die in Böden wachsen, die zuvor Hermaphroditen unterstützt haben, werden durch Hormone beeinflusst, die sich als Männchen entwickeln. [4]

Die gebräuchlichste Methode, das Geschlecht zu bestimmen, ist durch Gene. Auf diese Weise wird das Geschlecht eines Organismus durch das Genom bestimmt, das er erhält. Die Allele, die die sexuelle Entwicklung beeinflussen, können sich auf demselben Chromosom befinden oder nicht. Wenn dies der Fall ist, wird dieses Chromosom als Geschlechtschromosom bezeichnet, und die Gene darauf werden als geschlechtsgebunden bezeichnet. Das Geschlecht wird entweder durch das Vorhandensein eines Geschlechtschromosoms (das fehlen kann) oder durch die Anzahl dieser Chromosomen bestimmt. Da die genetische Geschlechtsbestimmung durch übereinstimmende Chromosomen bestimmt wird, gibt es in der Regel gleich viele männliche und weibliche Nachkommen.

Verschiedene genetische Systeme Bearbeiten

Menschen und andere Säugetiere haben ein XY-Geschlechtsbestimmungssystem: Das Y-Chromosom trägt Faktoren, die für die männliche Entwicklung verantwortlich sind. Das Standardgeschlecht ist in Ermangelung eines Y-Chromosoms weiblich. XX Säugetiere sind weiblich und XY sind männlich. Die XY-Geschlechtsbestimmung findet sich auch bei anderen Organismen, einschließlich der gewöhnlichen Fruchtfliege und einigen Pflanzen. [2] In einigen Fällen, auch bei der Fruchtfliege, bestimmt die Anzahl der X-Chromosomen das Geschlecht und nicht das Vorhandensein eines Y-Chromosoms.

Vögel haben ein System, das umgekehrt funktioniert: Es heißt ZW Geschlechtsbestimmungssystem. Das W-Chromosom hat Faktoren für die weibliche Entwicklung. Standardmäßig (wenn das Chromosom fehlt) ist der Organismus männlich. [5] In diesem Fall sind ZZ-Individuen männlich und ZW weiblich. Die Mehrheit der Schmetterlinge und Falter hat auch ein ZW-Geschlechtsbestimmungssystem. Sowohl in XY- als auch in ZW-Geschlechtsbestimmungssystemen ist das Geschlechtschromosom, das die kritischen Faktoren trägt, oft deutlich kleiner und trägt kaum mehr als die Gene, die für die Auslösung der Entwicklung eines bestimmten Geschlechts notwendig sind. [6]

Viele Insekten verwenden ein System zur Geschlechtsbestimmung, das auf der Anzahl der Geschlechtschromosomen basiert. Dies wird als XX/XO-Geschlechtsbestimmung bezeichnet – das O zeigt das Fehlen des Geschlechtschromosoms an. Alle anderen Chromosomen in diesen Organismen sind diploid, aber Organismen können ein oder zwei X-Chromosomen erben. Infield Grillen zum Beispiel, Insekten mit einem einzigen X-Chromosom entwickeln sich als Männchen, während sich Insekten mit zwei als Weibchen entwickeln. [7] Im Nematoden C. elegans die meisten Würmer sind selbstbefruchtende XX-Hermaphroditen, aber gelegentlich führen Anomalien in der Chromosomenvererbung regelmäßig zu Individuen mit nur einem X-Chromosom – diese XO-Individuen sind fruchtbare Männer (und die Hälfte ihrer Nachkommen sind männlich). [8]

Andere Insekten, einschließlich Honigbienen und Ameisen, verwenden ein haploid-diploides Geschlechtsbestimmungssystem. [9] In diesem Fall sind diploide Individuen im Allgemeinen weiblich und haploide Individuen (die sich aus unbefruchteten Eiern entwickeln) sind männlich. Dieses System der Geschlechtsbestimmung führt zu einem stark verzerrten Geschlechterverhältnis, da das Geschlecht der Nachkommen durch die Befruchtung und nicht durch die Auswahl der Chromosomen während der Meiose bestimmt wird. [10]

Anomalien Bearbeiten

Manchmal entwickelt ein Organismus das Aussehen von Männern und Frauen. Es ist dann intergeschlechtlich und kommt selten vor. Auch wenn solche Organismen als Hermaphroditen bezeichnet werden können, ist dies nicht richtig, da bei intergeschlechtlichen Individuen entweder der männliche oder der weibliche Aspekt unfruchtbar ist.


Materialen und Methoden

Bei unseren Studientieren handelte es sich hauptsächlich um im Straßenverkehr getötete Individuen, die innerhalb von 3 Tagen nach dem Tod von Mitarbeitern des Nova Scotia Department of Natural Resources beprobt und georeferenziert wurden. Hirsche wurden als Kitz (< 1 Jahr), Jährlinge (1,5 Jahre) oder Erwachsene (> 2 Jahre) gealtert, indem die Zahnabnutzung und -entwicklung untersucht wurde ( Severinghaus 1949). Einige Autoren haben vorgeschlagen, dass im Straßenverkehr getötete Hirsche keine Zufallsstichprobe darstellen, da möglicherweise mehr unterernährte Tiere besonders wahrscheinlich auf schneegeräumten Straßen reisen, um den Energieverbrauch zu reduzieren (O'Gara und Harris 1988). Andere Forscher haben jedoch gezeigt, dass die Zusammensetzung von Verkehrstoten in erster Linie durch den Verkehrsfluss, die Bevölkerungsdichte und geschlechts- und saisonspezifische Verhaltensweisen bestimmt wird (Allen und McCullough 1976 Groot Bruinderink und Hazebroek 1996 McCaffery 1973 Mysterud 2004). Die visuelle Bewertung des Femurmarkfetts bei Tieren in unserem Datensatz ergab eine vollständige Palette von Körperzuständen (40% der Proben hatten visuell bewertete Femurmarkfettwerte von mehr als 85%, 28% der Proben wiesen Werte zwischen 50% und 85 . auf %, 18 % der Proben wiesen Werte zwischen 25 % und 50 % auf und die restlichen 14 % der Proben wiesen Werte unter 25 % auf – Garroway und Broders 2005), was darauf hindeutet, dass diese Stichprobe nicht aus einer besonders unterernährten Untergruppe der Bevölkerung bestand.

Datensatzattribute und Analysen.- Um den Einfluss des aktuellen und des vergangenen Winters auf die Wahrscheinlichkeit der Fötusproduktion zu beurteilen, analysierten wir Daten zur Reproduktion von Jährlingen (n = 236) und Erwachsener (n = 1.241) Frauen. Wir haben Jährlinge getrennt analysiert, da sie die einzigen reproduktiven Tiere waren, bei denen wir das Alter genau bestimmen konnten, und sie somit einen Einblick in die Auswirkungen des Winters, in dem ein Individuum gebärt, auf die Wahrscheinlichkeit der Geburt eines Fötus lieferten. In einem logistischen Regressionsrahmen unter Verwendung des Akaike-Informationskriteriums (AIC – Burnham und Anderson 2002) als Grundlage für die Modellauswahl führten wir eine Reihe von 11 a priori Kandidatenmodellen durch, die sorgfältig durchdachte Alternativhypothesen repräsentieren, um die Auswirkungen der aktuellen und vorherigen 2 Winter von der Wahrscheinlichkeit ab, dass Jährlinge und erwachsene Weibchen einen Fötus zeugen (Tabelle 1). Personen, die einen Fötus trugen, wurden mit 1 kodiert, während Personen, die keinen Fötus trugen, mit 0 kodiert wurden. Um die Variation des Geschlechterverhältnisses zu untersuchen, verwendeten wir denselben Kandidatenmodellsatz, fügten jedoch eine Variable für die Anzahl der Föten hinzu, die eine Mutter trug, um Personen mit mehreren zu berücksichtigen Föten (FETUS: mit 0 kodiert, wenn es nur 1 Fötus gab und 1 wenn es 2 Föten gab). Die Probenahmeeinheit für diese Analyse war der Fötus (n = 794), wobei männliche Föten mit 1 kodiert und weibliche Föten mit 0 kodiert wurden. Die Signifikanz der bestplatzierten Modelle wurde mit Permutationstests getestet, um festzustellen, ob sich die Modelleffekte von den zufällig erwarteten unterscheiden (abhängige Variable wurde 1.000 Mal permutiert). Es wurde angenommen, dass Modellvariablen signifikante Auswirkungen haben, wenn die Parameterschätzungen größer oder kleiner als 95 % der permutierten Werte waren (P < 0,05 oder P > 0,95 einseitiger Test).

Terme im a priori Kandidatenmodellsatz für logistische Regressionsanalysen des Einflusses des aktuellen und des vorangegangenen 1 und 2 Winters auf die Wahrscheinlichkeit erwachsener und einjähriger weiblicher Weißwedelhirsche (Odocoileus virginianus), die einen Fötus hervorbringen, und von erwachsenen Weibchen, die einen männlichen Fötus produzieren (mit dem Hinzufügen der Variablen FETUS zu jedem Modell).

Modellaussage.
Wetteruntergruppe
SCHNEETIEFE
REGENFALL
SCHNEETIEFE, REGENFALL
SNOWDEPTH1YA
SNOWDEPTH2YA
REGENFALL1YA
RAJNFALL2YA
SCHNEETIEFE1YA, REGENFALL1YA
SNOWDEPTH2YA, REGENFALL2YA
SCHNEETIEFE, REGENFALL
SCHNEETIEFE, SCHNEEDEPTH1YA, SCHNEEDEPTH2YA
Modellaussage.
Wetteruntergruppe
SCHNEETIEFE
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SCHNEETIEFE, REGENFALL
SCHNEETIEFE, SCHNEEDEPTH1YA, SCHNEEDEPTH2YA

Terme im a priori Kandidatenmodellsatz für logistische Regressionsanalysen des Einflusses des aktuellen und des vorangegangenen 1 und 2 Winters auf die Wahrscheinlichkeit erwachsener und einjähriger weiblicher Weißwedelhirsche (Odocoileus virginianus), die einen Fötus hervorbringen, und von erwachsenen Weibchen, die einen männlichen Fötus produzieren (mit dem Hinzufügen der Variablen FETUS zu jedem Modell).

Modellaussage.
Wetteruntergruppe
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Modellaussage.
Wetteruntergruppe
SCHNEETIEFE
REGENFALL
SCHNEETIEFE, REGENFALL
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SCHNEETIEFE1YA, REGENFALL1YA
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SCHNEETIEFE, REGENFALL
SCHNEETIEFE, SCHNEEDEPTH1YA, SCHNEEDEPTH2YA

Wettervariablen.-Unsere früheren Analysen dieser Daten zeigten eine starke Beziehung zwischen der Körperkondition (quantifiziert durch visuell beurteiltes Femurmarkfett) und der Schneehöhe und -persistenz sowie den Winterniederschlägen. Als Ergebnis haben wir erklärende Variablen für diese 2 Wetterfaktoren in das Modellset zur Analyse der Auswirkungen des aktuellen sowie des vorherigen 1 und 2 Winters aufgenommen (Garroway und Broders 2005). Die Variablen Schneehöhe, Persistenz und Niederschlag des laufenden Jahres (SNOWDEPTH und RAINFALL) wurden als Summe der wöchentlichen Mittelwerte jeder Variablen während des Todeswinters berechnet, wobei die Datenerfassung bis zur Todeswoche fortgesetzt wurde. Variablen für die Winter 1 und 2 Jahre vor dem Tod wurden als Summe der Wochenmittelwerte jeder Variablen über die gesamten vorangegangenen 1 bzw. 2 Winter berechnet (1 Wintervorherige Variablen: SNOWDEPTH1YA und RAINFALL1YA 2 Wintervorher: SNOWDEPTH2YA und RAINFAL-L2YA) . Wetterdaten wurden an 13 Wetterstationen in ganz Nova Scotia (Meteorological Service of Canada – Atlantic Region, Environment Canada Halifax Province, Nova Scotia) zwischen dem 1. November und dem 15. Mai (früheste Schneeansammlung bis zur letzten Schneeschmelze) aufgezeichnet. Hirsche wurden mithilfe von ArcGIS (Environmental Systems Research Institute Inc. 2003) der Wetterstation zugeordnet, die sich am nächsten zum Sterbeort befand. Die durchschnittliche Entfernung zwischen einem Probenahmeort und der nächsten Wetterstation betrug 33 km ± 19 SD (n = 1.477 Hirsche).

Hosmer und Lemeshow Goodness-of-Fit-Tests für das globale Modell (Modell mit allen Variablen) wurden verwendet, um die Eignung von Variablen für die Aufnahme in den Kandidatenmodellsatz zu beurteilen (Burham und Anderson 2002, Hosmer und Lemeshow 2000). Hosmer- und Lemeshow-Anpassungstests sind spezifisch für logistische Regressionsanalysen und testen, ob sich Modellvorhersagen der abhängigen Variablen von beobachteten Werten unterscheiden. Zum P > 0,05 ist die Modellanpassung gut (Hosmer und Lemeshow 2000) und die Variablen rechtfertigen eine weitere Betrachtung (Burham und Anderson 2002). Im Gegensatz dazu für P < 0,05 ist die Modellanpassung schlecht und die Einbeziehung der Variablen sollte neu bewertet werden (Burham und Anderson 2002).

Entscheidungskriterien.—Wir berechneten die Differenz zwischen dem AIC für jedes Modell und dem AIC für das Modell mit der besten Annäherung (Δi). Für jedes Modell mit Δi < 2 (d. h. der Modellsatz mit einer ungefähren Wahrscheinlichkeit von 0,95, das Top-Modell zu enthalten – Burnham und Anderson 2002 Richards 2005) präsentieren wir das normalisierte Modell Akaike-Gewichte (wich: Wahrscheinlichkeit, dass das i-te Modell das beste Modell ist, das die Daten des Modellsatzes erklärt). Für die Variablen, die im besten Modellsatz enthalten sind, präsentieren wir Parameterschätzer (β ± SE) und Odds Ratios (Antilogarithmus von δ) mit zugehörigen 95 % Konfidenzintervallen (95 % Cichs – Hosmer und Lemeshow 2000). Modelle aus diesem Set wurden als wichtig erachtet, wenn Permutationstests zeigten, dass sich die Effekte signifikant vom Durchschnitt der zufälligen Permutationen unterschieden und auf der Breite und Position der 95% CI um das Odds Ratio von Variablen. Alle Analysen wurden in S-PLUS 7 (Insightful Corp., Seattle, Washington) durchgeführt.


Wissenschaftler Gene bearbeiteten eine Kuh, um hauptsächlich männliche Nachkommen zu haben

Das Leben neu gestalten ist eine Serie von Eine Null über die erstaunliche Art und Weise, wie die Gentechnologie die Menschheit und die Welt um uns herum verändert.

An einem sonnigen Dienstag im April, inmitten einer globalen Pandemie, machte ein neugeborenes Kalb seine ersten wackeligen Schritte in einer Scheune außerhalb von Sacramento. Die Tiergenetikerin Alison Van Eenennaam und der Postdoc-Forscher Joey Owen sahen ehrfürchtig zu. Das war nicht irgendein Bullenkalb. Dieses Tier war genetisch verändert worden, damit es schließlich mehr männliche Nachkommen als normal produzieren konnte.

Das Bullenkalb, liebevoll Cosmo genannt, ist das Ergebnis einer fünfjährigen Forschung. Neun Monate zuvor verwendeten Van Eenennaam, Owen und ein Team von sieben weiteren Wissenschaftlern das Gen-Editing-Tool CRISPR, um ein Gen in Kuhembryonen einzufügen, einschließlich des Embryos, aus dem schließlich Cosmo wurde. Das Gen, SRY, ist für die männliche Geschlechtsentwicklung bei Rindern verantwortlich, und das Hinzufügen zu einem Weibchen tauscht im Wesentlichen dessen Geschlecht aus. Das Ziel der Forscher war es, einen Bullen zu schaffen, der hauptsächlich Jungen zeugen würde.

„Die Idee kam mir tatsächlich von einem Rinderbetrieb“, erzählt Van Eenennaam, PhD, ein Forscher an der University of California, Davis Eine Null.

Männliche Rinder sind besser für die Rindfleischproduktion als ihre weiblichen Artgenossen, da sie größere Muskeln haben, schneller zunehmen und weniger Nahrung benötigen, um zusätzliche Pfunde zuzunehmen. Insgesamt seien Bullen bei der Umwandlung von Futter in Gewicht etwa 15 % effizienter als Weibchen, sagt sie. Mehr Männchen könnten bedeuten, dass weniger Rinder die gleiche Menge Rindfleisch produzieren – ein Gewinn für Viehzüchter und möglicherweise für die Umwelt.

Um Cosmo herzustellen, injizierten die Forscher etwa 200 Kuhembryonen mit CRISPR und dem SRY Gen. Sie fügten auch ein grün fluoreszierendes Protein hinzu, das häufig in der biomedizinischen Forschung verwendet wird und leuchten würde, wenn ein Embryo erfolgreich bearbeitet wurde. Ungefähr zwei Dutzend Embryonen überlebten schließlich im Labor, und nur neun dieser Embryonen leuchteten grün.

CRISPR funktioniert durch einen gezielten Bruch in der DNA mit Hilfe eines Leitmoleküls, das die richtige Position im Genom findet, und eines schneidenden Proteins, das die gewünschte genetische Sequenz schneidet. Es ist relativ einfach, CRISPR zu verwenden, um ein Gen zu löschen, aber das Einfügen eines neuen Gens ist schwieriger.

Die Forscher nahmen die neun bearbeiteten Embryonen und transferierten sie in weibliche Kühe. Fünf später wurde nur eine Kuh trächtig. Dann war es ein Wartespiel für den Rest der neunmonatigen Schwangerschaft der Färse. Cosmo traf am 30. März eine Woche zu spät ein, am 7. April, während der Bundesstaat Kalifornien aufgrund des Coronavirus gesperrt war.

„Das war eine ängstliche Woche“, erinnert sich Van Eenennaam. Sie und ihr Team enthüllten die Existenz von Cosmo am 23. Juli beim virtuellen Treffen der American Society of Animal Science. Die Ergebnisse wurden noch nicht in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht.

Wie Menschen haben Kühe eine 50-50-Chance, männliche oder weibliche Nachkommen zu haben, die jeweils XY- und XX-Geschlechtschromosomen haben. Aber Cosmo wird voraussichtlich mehr als den normalen Anteil männlicher Kälber produzieren. Zusätzlich zu 50 % XY-Männchen werden 25 % seiner Nachkommen als XX-Weibchen prognostiziert und tragen die SRY Gen, wodurch sie männliche Genitalien haben und, so hofft das Team, die größeren Muskeln, die mit Männern verbunden sind. Insgesamt wird also erwartet, dass 75 % seiner Nachkommen männliche Merkmale aufweisen.

Die Forscher wissen noch nicht genau, ob Cosmo tatsächlich mehr Männchen als nicht genmanipulierte Kühe produzieren wird, da er etwa ein Jahr lang nicht geschlechtsreif wird. An diesem Punkt können Forscher Cosmo verwenden, um zu züchten, und dann könnten sie ihre Antwort haben.

Jon Oatley, PhD, Direktor des Center for Reproductive Biology der Washington State University und Mitglied einer nationalen Arbeitsgruppe zur Gen-Editierung bei Nutztieren, warnt davor, dass der Bericht vorläufig ist.

Auch wenn Cosmo XX Nachkommen hat, die das erben SRY gen, sagt er, dass es keine Garantie dafür gibt, dass sie wie typische Bullen aussehen. Er sagt, Tiere mit dieser genetischen Ausstattung würden Menschen mit Klinefelter-Syndrom ähnlich sein, einer Erkrankung, die entsteht, wenn Männer ein zusätzliches X-Chromosom erben. Menschen mit dieser Erkrankung haben oft Entwicklungsanomalien, einschließlich kleinerer Muskeln.

„In Anbetracht der Tatsache, dass die Hoffnung für XX-Rinder mit dem hinzugefügten SRY Gen dafür ist, dass sie Muskeln entwickeln, die denen von XY-Pendants ähnlich sind, scheint das Potenzial für eine reduzierte Muskelmasse meiner Meinung nach ein vernichtender Zweck zu sein“, sagt Oatley.

Problematisch sei auch die Verwendung des grün fluoreszierenden Proteins, das aus Quallen stammt, sagt er. Das Protein wird routinemäßig bei Labortieren verwendet, die für die biomedizinische Forschung untersucht werden, aber es wird nicht bei Tieren verwendet, die für Lebensmittel bestimmt sind. Van Eenennaam sagt, wenn sie die behördliche Zulassung für die Bullen beantragen würde, würde das fluoreszierende Protein entfernt.

Das Team entdeckte nach seiner Geburt auch eine Überraschung in Cosmos DNA. Sie nahmen eine Blutprobe, extrahierten ein wenig DNA und sequenzierten sie, um festzustellen, ob sie das erfolgreich eingeführt hatten SRY Gen an der richtigen Stelle. Es stellte sich heraus, dass sie es hatten, aber statt einer Kopie des Gens, die erwartet wurde, fanden die Wissenschaftler sieben. Cosmo scheint vollkommen gesund zu sein, daher sind diese zusätzlichen Kopien wahrscheinlich nicht schädlich. Der Befund zeigt jedoch, dass CRISPR unbeabsichtigte Auswirkungen auf das Genom haben kann.

Es gab noch einen weiteren versehentlichen Zusatz: Einige bakterielle DNA, die verwendet wurde, um das CRISPR-System in Cosmos Zellen zu transportieren, wurde auch in seinen genetischen Code integriert. Ein ähnlicher Fehler war zuvor bei hornlosen Milchkühen passiert, die Van Eenennaam mit dem in Minnesota ansässigen Biotech-Unternehmen Recombinetics und anderen Wissenschaftlern der UC Davis produzierte.

Um diese Kühe zu züchten, verwendeten die Wissenschaftler einen älteren Gen-Editing-Ansatz namens TALENS. Letztes Jahr berichteten sie, dass genomeditierte Bullen das hornlose Merkmal an ihre Nachkommen weitergaben. Many cattle breeds naturally grow horns, but they’re typically removed to prevent injuries to other animals and humans. This practice is controversial because it’s painful to cattle. Using gene editing to delete the gene responsible for horns has been proposed as a pain-free alternative for cows.

In China, researchers have also used CRISPR to produce cows resistant to bovine tuberculosis, a contagious animal disease similar to the human version. The disease can be costly to farmers since infected cows are killed in order to stop the spread of the disease.

For now, the gene-edited cows that Van Eenennaam and her team are producing will be used for research purposes only and will not enter the food supply. Currently, the U.S. Food and Drug Administration regulates gene-edited animals as if they are drugs, making the approval process long and daunting. No gene-edited food animals are on the market yet in the United States.

Elsewhere, some major beef-producing countries like Argentina and Brazil seem more open to gene-edited livestock. But a plan to introduce gene-edited cows in Brazil was put on hold last year due to the bacterial DNA found in in the Recombinetics’ cattle. In China, researchers are also gene-editing pigs to be resistant to African swine fever, which is decimating the pork country’s pork supply. But the United States, says Van Eenennaam, is likely years away from having gene-edited cows or pigs on the market. “I don’t think that you will see them in America anytime soon.”


Changing sperm speed can influence offspring’s sex, mouse study suggests

If you want a baby girl, don’t have sex too close to ovulation. So goes a common belief, which asserts that sperm with Y chromosomes—those make male babies—swim faster, so you have a better chance of having a daughter if the sperm has to travel a long way to the egg. The idea has no scientific merit, but researchers have now found a way to make it true in mice, sort of.

X and Y chromosomes aren’t just different sizes—the X is about three times longer than the Y—they also contain different genes. In the new study, scientists used these genetic differences to sort “male” mouse sperm from “female” sperm.

They zeroed in on a specific gene, called Toll-like receptor 7/8, which is expressed only in X-chromosome sperm and codes for two receptors on the sperm cell’s tail and midpiece. The scientists incubated mouse sperm in a mixture containing molecules that would bind to the receptors and activate them. The molecules slowed energy production in X-chromosome sperm while not affecting the Y-chromosome sperm at all, the team reports today in PLOS Biology .

To confirm their findings, the researchers staged sperm races. Many of the modified X sperm swam at less than half the speed of the Y sperm. And when researchers used only the faster Y sperm for in vitro fertilization, 90% of the mouse pups were born male. Separating out the slowest sperm produced litters that were 81% female.

Other methods for sex selection, such as staining sperm with a dye and sorting by length of the sex chromosome, are expensive and can sometimes harm the sperm cells or their DNA. The new method appears safe and is relatively cheap, the team asserts. If confirmed in other species, the strategy could be used for breeding livestock such as dairy cows, where female animals are preferred. Don’t expect to choose the sex of your baby anytime soon with this strategy, though ethical concerns aside, there’s no evidence the approach works in humans.


† These authors contributed equally to this study.

Herausgegeben von der Royal Society. Alle Rechte vorbehalten.

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How can you help Kangaroos?

Kangaroos are not currently considered endangered as almost 3 million square miles of their habitat lies within the boundaries of Australia’s National Parks. All states regulate the hunting of Kangaroos. This distinctive species brings economic benefits to Australia through tourism, which is a great way to support the local wildlife when done sustainably. If you are lucky enough to visit Australia on holiday, make sure you do your research and look for companies that are committed to ethical and environmentally-friendly practices.

At the start of this year, the world watched in horror as bushfires swept across more than 10 million hectares of Australia, destroying both human and animal lives. Charities such as WWF are still taking donations that are used to provide emergency care for injured wildlife, including Kangaroos.

Kangaroo Island, the third largest island off the Australian coast, which is renowned as a sanctuary for local wildlife due to the absence of introduced species like rabbits and foxes, has also suffered huge losses. Many charities are using this disaster to spread the message about the dangers of climate change, which could lead to catastrophic bushfires becoming more frequent as the climate warms. Help them by spreading information about climate change and its effects on both humans and animals on social media or to friends and family, encouraging people to speak up to those in power about our demands for immediate, positive change.