Warum es nicht stimmt, dass die Stärksten immer die höchsten Überlebenschancen haben
Auf einer Wiese wachsen nebeneinander zwei Gänseblümchen. Das eine ist ziemlich mickrig, das andere groß und kräftig. Wenn beide von den gleichen Schädlingen befallen werden, welche hat dann die höhere Chance zu überleben? Nach den neusten Forschungsergebnissen ist es ohne weiteres möglich, dass sich die kleinwüchsige Pflanze als die widerstandsfähigere erweisen wird.
Damit sie sich gegen gefährliche Krankheitserreger zur Wehr setzen kann, hat die Evolution jede Tier- und Pflanzenart mit einem maßgeschneiderten Immunsystem ausgerüstet. Immunsysteme funktionieren allerdings längst nicht so gut, wie man erwarten sollte – und erstaunlicherweise können sich nicht nur Arten in ihren Immunreaktionen stark unterscheiden, sondern auch Populationen und sogar Individuen ein und derselben Art. Diese Variationen sind zum einen zurückzuführen auf die Vielfalt der Angreifer und ihrer Angriffsstrategien und das ständige Wettrüsten zwischen attackierenden Viren, Bakterien und Pilzen und den gegen sie sich verteidigenden Organismen. Die Variationen lassen sich zum anderen – wie die Forschung jetzt zutage gefördert hat – auf einen simplen Umstand zurückführen: Immunsysteme zu unterhalten kostet eine ungeheure Menge an Energie. Immunsysteme können deswegen nur verbessert werden, wenn dafür zusätzlich Energie aufgewendet wird, die dann anderswo eingespart werden muss.
Singammern mit guten und weniger guten Immunsystemen
Unlängst haben die Biologen Jim Adelman (Universität Princeton), Michaela Hau und Martin Wikelski (Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell) die Immunreaktionen frei lebender nordamerikanischer Singammern experimentell erforscht (Functional Ecology, Doi: 10.111/j.1365-2435.2010.01702.x). Zunächst wurden Ammern in Südkalifornien und im Norden des Bundesstaates Washington gefangen. Danach wurde Vögeln aus beiden Populationen eine winzige Dosis von bakteriellen Zellwänden injiziert, die eine 24 Stunden dauernde Infektion hervorrief. Die übrigen Ammern blieben unbehandelt. Schließlich wurde bei allen Vögeln 20 Stunden lang unablässig die Körpertemperatur gemessen.
Ackerschmalwand
Dabei zeigten sich aufschlussreiche Unterschiede. So war bei den infizierten kalifornischen Ammern die Körpertemperaturen durchgehend um mehr als zwei Grad Celsius höher als bei ihren nichtinfizierten kalifornischen Artgenossen. Demgegenüber wichen die Temperaturen bei den Ammern aus Washington höchstens um einen Grad voneinander ab, und das auch nur während der ersten Nachthälfte.
Die Wissenschaftler haben hierfür eine schlüssige Erklärung: In Washington sind die Singammern gezwungen, nahezu ihre gesamte Zeit und Energie in ihre Fortpflanzung zu investieren, denn ihre Brutzeit ist mit nur 100 Tagen äußerst kurz. Die kalifornischen Ammern hingegen können einen beträchtlichen Teil ihrer Ressourcen in ihr Immunsystem investieren, denn ihre Brutzeit ist 50 Tage länger.
„Die Ergebnisse beweisen uns, dass begrenzte Ressourcen des Organismus und Bedingungen der Umwelt eine große Rolle spielen für die Stärke der Immunantwort und damit der Fähigkeit, sich gegen Infektionskrankheiten zu wehren“, sagt Jim Adelman.
Die Ackerschmalwand - auch für Pflanzen sind Immunsysteme teuer
Kürzlich ist es Detlef Weigel und seinen Mitarbeitern vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen gelungen, bei der Ackerschmalwand eine Variante des Gens ACD6 dingfest zu machen, die das Gewächs gegen eine ganze Reihe von Krankheitserregern schützt (Nature, Bd. 465, S. 632ff.). Bei jeder Ackerschmalwand, die mit dieser Gen-Variante ausgestattet ist, kommt es zu einer Anreicherung von chemischen Substanzen, die nicht nur zur Bekämpfung von Bakterien und Pilzen, sondern auch von Blattläusen und anderen Insekten dienen.
Doch überall, wo die Ackerschmalwand wächst, trägt bloß jede fünfte das modifizierte ACD6-Gen in sich. Dieser Befund hat die Tübinger Biologen veranlasst zu vermuten, dass die gesteigerte Abwehrkraft auch Nachteile mit sich bringt. Diese Vermutung hat sich bestätigt. Tatsächlich bringen die resistenten Pflanzen deutlich kleinere Blätter hervor, und sie brauchen noch dazu viel länger, um neue zu bilden. “Wir konnten zeigen, dass das Gen die Pflanzen zwar resistent gegen verschiedene Krankheitserreger macht, aber gleichzeitig das Blattwachstum stark beeinträchtigt, so dass die Pflanzen weniger Blätter bilden und insgesamt wesentlich kleiner bleiben,“ erklärt Detlef Weigel. Die mit dieser Variante des ACD6-Gens ausgestatteten Ackerschmalwand-Individuen sind gegenüber ihren schlechter gerüsteten Artgenossen im Vorteil, wenn es darum geht, sich gegen eine große Zahl oder Vielfalt von Schädlingen zu behaupten. Doch dieser Vorteil verwandelt sich an solchen Orten und in solchen Zeiten in einen Nachteil, wo es derart wenige Feinde gibt, dass es leicht ist, sie zu bekämpfen. Denn je geringer die Blattmasse ist, desto weniger Samen werden produziert und desto weniger Nachwuchs kann es geben.
Die kleinwüchsigen, aber besonders widerstandsfähigen Pflanzen ermöglichen es der Population zu überleben, wenn sich ihre Lebensbedingungen plötzlich dramatisch verschlechtern.
In Detlef Weigels Augen ergibt sich aus alledem eine grundlegende Einsicht. „Auch in der Natur gilt: Nichts ist umsonst!“ Inwieweit diese Erkenntnisse auch für den Menschen und sein Immunsystem gelten, ist noch zu klären.
