Bisher unbekannter Mechanismus zur Entstehung neuer Arten entdeckt

    10. März 2019, 18:30
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    Untersuchungen an karibischen Riffbarschen werfen neues Licht auf eine grundlegende Frage der Evolutionsbiologie

    Kiel – Aus zwei Populationen einer Spezies, die sich morphologisch leicht unterscheiden, können nach einiger Zeit allmählich zwei unterschiedliche Arten entstehen. Wie das passieren kann, obwohl die verschiedenen Gruppen in benachbarten Gebieten leben und sich weiterhin miteinander fortpflanzen können, bereitet Wissenschaftern bis heute Kopfzerbrechen. Eine mögliche Antwort auf diese grundlegende Frage der Evolutionsbiologie hat nun ein internationales Wissenschafterteam am Beispiel karibischer Riffbarsche gefunden: Die Forscher identifizieren bisher unbekannte Wege, wie natürliche Selektion auf die Evolution von Genen für visuelle Wahrnehmung und für die Ausprägung von Farbmustern wirkt.

    Zwei Faktoren sind wichtig, damit sich eine neue Art entwickelt: eine Eigenschaft wie eine Farbe, die für eine Art einzigartig ist, und eine Vorliebe für die Ausprägung dieser Eigenschaft bei der Partnerwahl. Vorstellbar ist beispielsweise ein Szenario bei dem Individuen einer blauen Fischart blaue Partner bevorzugen und Individuen einer roten Art rote Partner. Wenn sich die beiden Arten untereinander vermischen, nimmt man jedoch allgemein an, dass der Prozess der sexuellen Rekombination die Kopplung zwischen Farb- und Paarungsvorlieben zerstört. Das würde zu roten Individuen mit einer Präferenz für blaue Partner und umgekehrt führen. Dies ist einer der Gründe, warum die Forschung lange vermutete, dass sich neue Arten nur in absoluter Isolation und ohne Kreuzung entwickeln können.

    Gekoppelte Gene

    Allerdings hängt die Dynamik dieses Prozesses auch von der genauen Anzahl und Lage der Gene, die den Eigenschaften der Arten und den Paarungsvorlieben zugrunde liegen, ab. Entscheidend ist zudem die Stärke der natürlichen Selektion, die auf diese Gene einwirkt, und wie häufig sich zwei verwandte Arten kreuzen können. In einer neuen Studie, die im Fachjournal "Nature Ecology and Evolution" veröffentlicht wurde, hat ein Team um Oscar Puebla vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel in Zusammenarbeit mit Kollegen am Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) in Panama, herausgefunden, dass natürliche Selektion Gene für Farbmuster und Paarungspräferenzen koppeln kann, so dass sie auch bei Kreuzung mit eng verwandten Arten nicht neu kombiniert werden.

    "Die erste Herausforderung unserer Studie bestand darin, eine Tiergruppe zu finden, in der sich erst vor kurzer Zeit neue Arten entwickelt haben, die aber deutliche Charakteristika aufweisen", sagt Puebla. Genau so eine Gruppe bilden die Hamletbarsche. Mehrere eng verwandte Arten von Ihnen leben an Riffen in der gesamten Karibik. Die einzelnen Arten sind nach wie vor genetisch sehr ähnlich. Der Hauptunterschied zwischen ihnen ist das jeweilige Farbmuster, und es ist die Paarungspräferenz für verschiedene Farbmuster, die die Arten getrennt hält.

    Gesamtes Erbgut der Hamletbarsche sequenziert

    Eine zweite Schwierigkeit bestand darin, die Gene zu identifizieren, die den Unterschieden zwischen den Arten und den Paarungspräferenzen zugrunde liegen. Die Autoren der Studie sequenzierten dafür das gesamte Genom der Hamletbarsche. Anschließend untersuchten sie an 110 Individuen aus drei Arten jeweils aus Panama, Belize und Honduras, worin sich das Genom bei jedem der Individuen unterschied. Alle drei untersuchten Arten leben zusammen in denselben Riffen.

    "Dieser umfassende Datensatz ermöglichte es uns, vier eng begrenzte Regionen des Genoms zu identifizieren, die bei allen Arten deutliche Unterschiede aufzeigten, während der Rest des Genoms bei allen Arten kaum Differenzierung zeigte", erklärt Kosmas Hench, Erstautor der Studie. Passend zur Biologie der Hamletbarsche beinhalten diese vier Regionen Gene, welche die visuelle Wahrnehmung und Farbmuster der Fische beeinflussen.

    Schutz vor sexueller Rekombination

    Obwohl sich die Arten untereinander noch paaren, zeigten die Daten, dass die Konstellationen der und Seh- und Farbmustergene sich nicht verändern. Die entsprechenden Gene sind also gekoppelt und so vor sexueller Rekombination geschützt. Das Besondere ist, dass sich die Gene im Fall der Hamletbarsche auf drei verschiedenen Chromosomen befinden. Bisher kannte man solche Gen-Koppelungen nur, wenn die Gen-Sätze auf einem Chromosom sehr nahe beieinander liegen. So konnte das Team zeigen, wie die Selektion zur Entstehung neuer Formen in einer sehr frühen Phase der Artenbildung beitragen kann.

    "Viele eng verwandte Korallenrifffische unterscheiden sich nur durch wenig mehr als Farbe und Muster", sagt Owen McMillan, Co-Autor und akademischer Dekan bei STRI. "Ich gehe davon aus, dass die Entdeckungen, die bei den Hamletbarschen gemacht wurden, auch auf andere Lebensformen zutreffen und letztendlich die bemerkenswerte Vielfalt der Fische an Korallenriffen auf der ganzen Welt erklären können." (red, 10.3.2019)

    • Untersuchungen an Hamletbarschen (Hypoplectrus puella), hier ein Exemplar vor der Küste Panamas, haben gezeigt, dass Seh- und Farbmustergene gekoppelt sein können.
      foto: kosmas hench/geomar

      Untersuchungen an Hamletbarschen (Hypoplectrus puella), hier ein Exemplar vor der Küste Panamas, haben gezeigt, dass Seh- und Farbmustergene gekoppelt sein können.

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