Wie das Agouti-Gen das väterliche Verhalten bei Afrikanischen Streifenmäusen beeinflusst

Unter fast 6.000 Säugetierarten bleiben weniger als fünf Prozent der Väter bei ihrem eigenen Nachwuchs, um ihn aufzuziehen. Bei vielen Arten beteiligen sich Männchen nicht nur nicht an der Jungenpflege. Ihr Verhalten gegenüber dem Nachwuchs kann sogar instinktiv feindselig ausfallen.

Selbst bei dem kleinen Anteil der Säugetiere, bei denen Väter helfen, ist ihr Einsatz sehr unterschiedlich. Einige Männchen übernehmen die Fürsorge konsequent, während andere sich zurückhalten, die Jungen unbeachtet lassen oder Schlimmeres tun.

„Warum sind manche Männchen fürsorglich, während andere ihre Jungen vernachlässigen?“, fragte Forrest Rogers, Ph.D., Postdoktorand an der Princeton University.

Eine von Rogers geleitete neue Studie verweist auf einen molekularen Schalter im Gehirn, der den Unterschied zwischen einem sanften, aufmerksamen Vater und einem kalten oder aggressiven Männchen erklären könnte.

Extreme Unterschiede im väterlichen Verhalten

Afrikanische Streifenmäuse bieten Forschenden etwas, das bei den meisten Labortieren kaum zu finden ist: eine echte Bandbreite an väterlichem Verhalten.

Sowohl in freier Wildbahn als auch im Labor kümmern sich einige männliche Streifenmäuse intensiv um ihre Jungen. Sie lecken und putzen sie, damit sie sauber bleiben. Außerdem nehmen sie die Jungtiere unter ihren Bauch, um sie warm zu halten und zu schützen.

Andere Männchen reagieren genau gegenteilig. Manche ignorieren Junge, die sich noch nicht selbst verteidigen können. Einige greifen sie sogar an.

Diese ausgeprägte Trennung macht Streifenmäuse besonders geeignet, um zu untersuchen, was sich im Gehirn verändert, wenn ein Männchen fürsorglich handelt oder die Pflege verweigert.

Das Gehirnzentrum für Elternverhalten

Um die Gehirnaktivität dieser unterschiedlichen Männchen zu erfassen, setzten die Forschenden männliche Streifenmäuse verschiedenen Situationen aus – jeweils mit und ohne Jungtiere – und kartierten anschließend ihre neuronale Aktivität.

Dabei fiel besonders ein Bereich auf: Neuronen in der medialen präoptischen Area (MPOA) wurden deutlich aktiver, sobald ein Männchen einem Jungtier begegnete. Das Team bezeichnete diese Hirnregion als „Zentrum für Elternverhalten“.

Dieser Aktivitätsanstieg war jedoch nicht bei allen Männchen gleich. Tiere mit fürsorglichem väterlichem Verhalten zeigten in der MPOA eine stärkere Aktivität als Männchen, die distanzierter oder feindseliger reagierten.

Forschende hatten bereits bei frischgewordenen Müttern anderer Nagetierarten, darunter Wühlmäuse, Hamster und Ratten, Veränderungen in der MPOA beobachtet. Die Region war daher schon zuvor als wichtig für die Biologie des Elternverhaltens bekannt.

Im Fall der Streifenmäuse war jedoch ungewöhnlich, bei wem diese Veränderung auftrat und zu welchem Zeitpunkt.

„Bei diesen Männchen verändern weder eine Schwangerschaft noch die Elternschaft selbst ihr Gehirn“, sagte Dr. Rogers. „Junggesellen können ebenso fürsorglich sein wie erfahrene Väter.“

Das mit väterlichem Verhalten verbundene Gen

Das Team suchte nach molekularen Unterschieden, die zu den Verhaltensunterschieden passten. Dabei trat immer wieder ein Gen hervor: Agouti. Männchen, die mehr Zeit mit der Betreuung von Jungtieren verbrachten, wiesen niedrigere Agouti-Werte im Gehirn auf.

„Agouti ist eher für seine Funktionen bei Hautpigmentierung und Stoffwechsel bekannt. Deshalb war es spannend, diese zuvor unbekannte Rolle im Gehirn für das Elternverhalten zu entdecken“, sagte Rogers.

Bei komplexem Verhalten funktionieren Gene nicht wie einzelne Ein-Aus-Schalter. Dennoch kann die Aktivität von Genen beeinflussen, wie stark Gehirnschaltkreise reagieren.

Die MPOA liegt in einem Hirnbereich, der grundlegende Körperzustände, Hormone und soziale Signale mit Verhalten verknüpft.

Reagiert dieses System stark auf Jungtiere, könnte ein Männchen sie als schutzbedürftig wahrnehmen. Fällt die Reaktion schwach aus, verhält es sich möglicherweise gleichgültig oder reagiert auf eine Weise, die die Jungen gefährdet.

Wie das soziale Umfeld Väter beeinflusst

Die Studie brachte die Agouti-Genwerte nicht nur mit Persönlichkeit, sondern auch mit der Umwelt in Verbindung.

Männchen, die allein lebten, hatten in der MPOA tendenziell niedrige Agouti-Werte und entwickelten mit höherer Wahrscheinlichkeit ein sanftes väterliches Verhalten im Erwachsenenalter.

In Gruppen lebende Männchen wiesen von Natur aus höhere Agouti-Werte auf und investierten im Vergleich zu allein lebenden Tieren nur halb so viel Zeit in die Jungenpflege. Hohe Agouti-Werte schienen zudem die Aktivität in der MPOA zu unterdrücken.

Um Ursache und Wirkung zu prüfen, erhöhten die Forschenden mithilfe einer Gentherapie die Agouti-Werte im Gehirn. Damit ahmten sie die Biologie vernachlässigender Männchen nach.

Als die Tiere nach der Behandlung erneut auf Jungtiere trafen, zeigten sie weniger Interesse als zuvor; einige wurden aggressiv. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass Agouti das Verhalten von Fürsorge weg und in Richtung Vernachlässigung oder Angriff verschieben kann.

Das Team beobachtete auch eine Veränderung in die entgegengesetzte Richtung. Wurden einige Männchen aus einer gemeinschaftlichen Haltung in Einzelhaltung versetzt, sanken ihre Agouti-Werte und ihr Interesse an Jungtieren nahm zu.

Die Umwelt stand somit nicht lediglich in einem Zusammenhang mit dem Verhalten. Sie ging mit messbaren Veränderungen im Gehirn einher, die dem Verhalten der Männchen entsprachen.

Genexpression und väterliches Verhalten

Zusammengenommen ergänzen die Ergebnisse eine wachsende Zahl von Studien, die zeigen, dass Erfahrungen und Umweltbedingungen die Genexpression während der Gehirnentwicklung verändern können. Diese Veränderungen können später das Elternverhalten prägen.

Es geht nicht darum, dass Tiere „beschließen“, ihre Gene zu verändern. Vielmehr nimmt das Gehirn die Welt wahr, in der es aufwächst, und die Biologie passt sich auf eine Weise an, die das Verhalten eines Tieres verändern kann, wenn ein schutzbedürftiges Neugeborenes auftaucht.

„Unsere Ergebnisse weisen auf Agouti als einen möglichen evolutionären Mechanismus hin, durch den Tiere Umweltinformationen wie soziale Konkurrenz oder Populationsdichte verarbeiten und das Gleichgewicht zwischen Selbsterhaltung und Investition in den Nachwuchs anpassen können“, sagte Dr. Ricardo Mallarino, außerordentlicher Professor für Molekularbiologie.

Die Forschenden arbeiten weiterhin daran, die genauen Signale zu bestimmen, die die Agouti-Werte verändern. Dazu zählen Überfüllung sowie Konkurrenz um Nahrung und Paarungspartner.

Sowohl die MPOA als auch das Agouti-Gen kommen bei Menschen und Afrikanischen Streifenmäusen vor. Das Team warnt jedoch davor, anzunehmen, dass derselbe Schalter das väterliche Verhalten beim Menschen steuert.

„Elternverhalten ist ein komplexes Merkmal“, sagte Dr. Catherine Peña, Assistenzprofessorin für Neurowissenschaften.

„Wir behaupten nicht, dass man eine Pille nehmen kann, um ein besseres Elternteil zu werden, oder dass Schwierigkeiten mit dem Elternsein auf einen molekularen Mangel zurückgehen.“

Die vollständige Studie erschien in der Fachzeitschrift Nature.