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Obwohl es für männliche Fische üblich ist, die dominante Elternrolle zu spielen, ist die männliche Schwangerschaft ein komplexer Prozess, der nur in der Fischfamilie Syngnathidae vorkommt, zu der Pfeifenfische, Seepferdchen und Seedrachen gehören. Der Evolutionsbiologe Adam Jones von der Universität Texas A&M und seine Kollegen untersuchen die Auswirkungen der männlichen Schwangerschaft auf die Geschlechterrollen und die sexuelle Auswahl der Partner und versuchen zu verstehen, wie sich die neuartigen Körperstrukturen, die für die männliche Schwangerschaft notwendig sind, entwickelt haben. Dadurch erhoffen sich die Forscher ein besseres Verständnis der evolutionären Mechanismen, die für Veränderungen in der Struktur von Organismen im Laufe der Zeit verantwortlich sind.

„Wir nutzen Seepferdchen und ihre Verwandten, um eines der aufregendsten Forschungsgebiete der modernen Evolutionsbiologie anzugehen: den Ursprung komplexer Merkmale“, so Jones. „Der Brutbeutel der männlichen Seepferdchen und Pfeifenfische, in dem die Weibchen während der Paarung ihre Eier ablegen, ist ein neuartiges Merkmal, das einen enormen Einfluss auf die Biologie der Arten hatte, da die Fähigkeit der Männchen, schwanger zu werden, die Paarungsdynamik völlig verändert hat.“

Wenn sich Seepferdchen paaren, führt das Weibchen seinen Legestachel in den Brutbeutel des Männchens ein (eine äußere Struktur, die am Körper des Männchens wächst) und legt seine unbefruchteten Eier in den Beutel. Das Männchen gibt dann Spermien in den Beutel ab, um die Eier zu befruchten. „Es wäre nicht so interessant, wenn der Brutbeutel nur ein Hautlappen wäre, in den die Weibchen normale Fischeier legen, die sich dann in dem Beutel statt auf dem Meeresboden entwickeln“, so Jones. „Aber die männliche Schwangerschaft bei einigen Seepferdchen- und Pfeifenfischarten ist physiologisch viel komplexer als das.“

Nachdem das Weibchen seine unbefruchteten Eier in das Männchen gelegt hat, zerfällt die äußere Schale der Eier, und Gewebe des Männchens wächst um die Eier im Beutel. Nach der Befruchtung der Eier kontrolliert das Männchen die pränatale Umgebung der Embryonen in seinem Beutel genau. Das Männchen sorgt dafür, dass das Blut um die Embryonen herum fließt, kontrolliert die Salzkonzentration im Beutel und versorgt den sich entwickelnden Nachwuchs über eine plazentaähnliche Struktur bis zur Geburt mit Sauerstoff und Nährstoffen.

Die männliche Schwangerschaft hat interessante Auswirkungen auf die Geschlechterrollen bei der Paarung, erklärte Jones, denn bei den meisten Arten konkurrieren die Männchen um den Zugang zu den Weibchen, so dass man normalerweise die Entwicklung sekundärer Geschlechtsmerkmale bei den Männchen beobachten kann (z. B. den Schwanz eines Pfaus oder das Geweih bei Hirschen). Bei einigen Pfeifenfischarten sind die Geschlechterrollen jedoch umgekehrt, weil die Männchen trächtig werden und der Platz in der Bruthöhle begrenzt ist. Die Weibchen konkurrieren also um den Zugang zu den verfügbaren Männchen, und so entwickeln sich die sekundären Geschlechtsmerkmale (wie z. B. die leuchtend farbigen Ornamente) bei den weiblichen Pfeifenfischen anstelle der Männchen.

„Aus Forschungssicht ist das interessant, weil es nicht sehr viele Arten gibt, bei denen die Geschlechterrolle umgekehrt ist“, so Jones. „

Um das Paarungsverhalten von Seepferdchen und Pfeifenfischen zu untersuchen, verwendet Jones‘ Labor molekulare Marker für die forensische Mutterschaftsanalyse, um die Mutter des männlichen Nachwuchses zu ermitteln. Das Labor fand heraus, dass sich Golf-Pfeifenfische nach dem „klassischen Polyandrie“-System paaren, bei dem jedes Männchen pro Schwangerschaft Eier von einem einzigen Weibchen erhält, die Weibchen sich jedoch mit mehreren Männchen paaren können. Da sich attraktive Weibchen mehrfach paaren können, führt dieses System zu einem sehr starken Wettbewerb bei der sexuellen Selektion, und weibliche Golfpfeifenfische haben starke sekundäre Geschlechtsmerkmale entwickelt, so Jones.

Seepferdchen hingegen sind innerhalb einer Brutsaison monogam, und jedes Seepferdchen paart sich nur mit einem anderen Seepferdchen. In diesem System gibt es bei gleichem Geschlechterverhältnis nicht so viel Konkurrenz unter den Weibchen, weil es genug Partner für alle gibt, erklärte Jones. Seepferdchen haben also nicht die starken sekundären Geschlechtsmerkmale entwickelt, die Pfeifenfische haben.

Männliche Schwangerschaft führt auch zu einer Umkehrung des geschlechtsbezogenen Verhaltens, so Jones. „Die Weibchen zeigen ein Konkurrenzverhalten, das normalerweise eine männliche Eigenschaft ist, und die Männchen sind wählerisch, was normalerweise eine eher weibliche Eigenschaft ist“, sagte er. Sein Labor untersucht die evolutionären Schritte, die zu dieser Verhaltensumkehr führen, und die Rolle, die Hormone bei dieser Veränderung spielen.

Jones‘ Labor untersucht auch, wie sich der Brutbeutel bei Seepferdchen und Seenadeln entwickelt hat. „Eine große Frage in der Evolutionsbiologie ist, wie eine neue Struktur alle notwendigen Gene und Teile erhält, um zu funktionieren“, so Jones. „Wir versuchen also zu verstehen, wie der Brutbeutel und die für die männliche Schwangerschaft erforderlichen Gene im Laufe der Evolution entstanden sind.“

Eine der interessanten Eigenschaften des Brutbeutels ist, dass er sich offenbar mehrfach unabhängig voneinander entwickelt hat. Es gibt zwei Hauptlinien von Seepferdchen und Pfeifenfischen – rüsselbrütende und schwanzbrütende – und die Struktur des Brutbeutels hat sich in jeder dieser Gruppen unabhängig voneinander entwickelt, so Jones.

Ein weiterer Bereich, in dem Jones‘ Labor forscht, sind die evolutionären Schritte, die zu der einzigartigen Gesamtform der Seepferdchen geführt haben. „Wie kommt man von einem normal aussehenden Fisch zu etwas wirklich Ungewöhnlichem wie einem Seepferdchen?“ sagte Jones. „

Jones erklärte, dass der erste Schritt im Evolutionsprozess die Verlängerung des Fischkörpers war, die derzeit im Labor untersucht wird. Der nächste Schritt war die Hinzufügung anderer einzigartiger struktureller Merkmale, die Seepferdchen besitzen, wie die Biegung des Fisches in seine einzigartige Form. Der Kopf eines Seepferdchens ist ungewöhnlich, weil er im Gegensatz zu den meisten Fischen in einem 90-Grad-Winkel zu seinem Körper steht, erklärt Jones. Seepferdchen haben auch einen Greifschwanz, was bedeutet, dass sie im Gegensatz zu den meisten Fischen ihren Schwanz benutzen können, um sich an Dingen festzuhalten.

„Das sind alles interessante Veränderungen, und wir sind daran interessiert, zu untersuchen, wie diese neuen Merkmale entstanden sind und welche evolutionären Schritte zu ihnen geführt haben“, sagte Jones. „Letztendlich hoffen wir, tiefere Einblicke in einige der evolutionären Mechanismen zu gewinnen, die für die unglaublichen Veränderungen in der Struktur von Organismen verantwortlich sind, die während der Geschichte des Lebens auf der Erde stattgefunden haben.“