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Was führt zu einer schnellen Artenaufspaltung in Korallenriffen?

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Was führt zu einer schnellen Artenaufspaltung in Korallenriffen?

In einer neuen Publikation in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA gehen Wissenschaftler des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) der Frage nach, welche genetischen Mechanismen der rapiden Artenbildung bei Korallenriff-Fischen zugrunde liegen.

Der Evolutionsprozess, bei dem Tiere innerhalb eines kurzen Zeitraums verschiedene Arten bilden, spielt sich häufig in neu entstandenen oder geografisch isolierten Lebensräumen wie beispielsweise Inseln ab. Dort treffen die Gründerarten auf unbesetzte Habitate und geringeren Selektionsdruck, wodurch eine Entstehung von Artenvielfalt begünstigt wird. Ein bekanntes Beispiel sind die Darwinfinken der Galapagos-Inseln.

Arten können sich aber auch in komplexen Umgebungen, die nicht isoliert sind, rapide auffächern. Solche Fälle sind jedoch wenig erforscht, obwohl sie oft in tropischen Lebensräumen auftreten, die den größten Teil der Tier- und Pflanzenvielfalt auf der Erde beherbergen.

Die Arbeitsgruppe um Oscar Puebla, Meereswissenschaftler am ZMT und Professor für Fischökologie und -evolution am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg, nahm sich die Hamletbarsche vor, um Einblicke in die zugrundeliegenden Mechanismen einer schnellen Artenaufspaltung in Korallenriffen zu bekommen, einem sehr komplexen Lebensraum. Dazu analysierten die Wissenschaftler die Genome von 170 Individuen aus Riffen vor Honduras, Belize und Panama.

Hamletbarsche leben in den Korallenriffen der Karibik und kommen dort in zahlreichen Arten mit einer erstaunlichen Vielfalt an Farben und Mustern vor. In den meisten anderen Merkmalen und in Bezug auf Lebensraum und Ernährung ähneln sie sich jedoch sehr. Man nimmt an, dass zumindest einige Arten die Farbmuster anderer Rifffische imitieren, um einen größeren Erfolg beim Beutefang zu haben, denn die Beute hält den Hamletbarsch für einen harmlosen Nachbarn und nicht für einen Fressfeind.

„Die Hamletbarsche bieten eine hervorragende Möglichkeit, um die genetischen Triebkräfte einer schnellen Artenaufspaltung zu untersuchen“, erklärt Oscar Puebla. Auf Basis der Genomanalyse fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Aufspaltung in 18 Arten wahrscheinlich innerhalb der letzten 10.000 Generationen stattfand, obwohl der Stammbaum der Hamletbarsche rund 26 Millionen Jahre alt ist. Das ist eine Aufspaltungsrate, die zu den schnellsten bei Fischen zählt.

Die Untersuchungen deuten auch darauf hin, dass die hohe Variabilität der Farbmuster durch verschiedene Kombinationen von Allelen in einigen wenigen Genen erzeugt wird, die große Auswirkung auf die Pigmentierung haben. Allele sind Genvarianten, die die Ausprägung eines Merkmals wie eben das Farbmuster steuern. Hamletbarsche können durch Hybridisierung Allele zwischen den Arten austauschen, was die Möglichkeit bietet, eine Vielzahl von Farbmustern zu erzeugen. Eine solche Genomarchitektur ermöglicht eine beschleunigte Artenbildung, die viel länger dauern würde, wenn sie auf neuen Mutationen basierte. Sie scheint im Tierreich sehr verbreitet zu sein.

„Unsere Ergebnisse ermöglichen es, den Prozess der Artenaufspaltung besser zu verstehen“, so Oscar Puebla. „Die Zahl der Arten auf der Erde ist ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der Evolution neuer Arten und dem Artensterben. Heutzutage machen wir uns hauptsächlich über den Aspekt des Aussterbens Gedanken, aber auch die Artenentstehung muss berücksichtigt werden.“ Das Beispiel der Hamletbarsche zeige einen natürlichen Evolutionsprozess, der dem Verlust der biologischen Vielfalt entgegenwirkt.

Publikation

Hench K., Helmkampf M., McMillan W.O., Puebla O: Rapid radiation in a highly diverse marine environment (2022). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. https://www.pnas.org/content/119/4/e2020457119

Kontakt

Prof. Dr. Oscar Puebla

Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

oscar.puebla@leibniz-zmt.de

Tel: 0421 23800-168

Handy: +49(0)17668148834

Beteiligte Institutionen

Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT), Bremen, Deutschland

Smithsonian Tropical Research Institute (STRI), Panama

Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM), Oldenburg, Deutschland

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, Deutschland

Dr. Susanne Eickhoff
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
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Fax: +49 (0) 421 238 00 - 30
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Über das Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)
Das Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT) in Bremen widmet sich in Forschung und Lehre dem besseren Verständnis tropischer Küstenökosysteme wie Mangroven, Seegraswiesen, Korallenriffen, Ästuaren und Auftriebsgebieten. Im Mittelpunkt stehen Fragen zu ihrer Struktur und Funktion, ihren Ressourcen und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber menschlichen Eingriffen und natürlichen Veränderungen. Mit seiner Arbeit schafft das Institut eine wissenschaftliche Grundlage für den Schutz und die nachhaltige Nutzung dieser Lebensräume. Das ZMT führt seine Forschungsprojekte in enger Kooperation mit Partnern in den Tropen durch, wo es die Entwicklung von Expertise und Infrastruktur auf dem Gebiet des nachhaltigen Küstenzonenmanagements unterstützt. Das ZMT ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Weitere Informationen unter  www.leibniz-zmt.de
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Vorsitzender des Aufsichtsrates: Kay Wenzel
Geschäftsführung: Prof. Dr. Raimund Bleischwitz, Dr. Nicolas Dittert
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