Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolutionäre Aufspaltung ohne geografische Barriere

01.07.2016

Konstanzer Evolutionsbiologen gelang empirischer Nachweis von sympatrischer Artbildung

Eine fundamentale Frage der Evolutionsforschung lautet: Ist für die Entstehung neuer Arten eine geografische Barriere notwendig, die eine Ursprungspopulation in zwei genetisch voneinander getrennte Populationen aufteilt?


Spuren vulkanischer Aktivität im Kratersee Xiloá.

Oder ist hingegen auch eine sogenannte sympatrische Artbildung möglich – die evolutionäre Auseinanderentwicklung einer Population im selben geografischen Gebiet? Weltweit sind nur sehr wenige Beispiele für sympatrische Artbildung bekannt, selbst diese sind nicht unumstritten.

Konstanzer Evolutionsbiologen schlossen nun die bislang ausführlichste Untersuchung von sympatrischer Artbildung ab. Anhand von rund 20.000 genetischen Merkmalen von 450 Fischen dokumentierten sie die parallele Evolution von Buntbarschen in den nicaraguanischen Kraterseen Apoyo und Xiloá.

Die Arbeit der Biologen um Prof. Axel Meyer, Ph.D., und Dr. Andreas Kautt erlaubt Rückschlüsse auf mögliche evolutionäre Mechanismen sympatrischer Artbildung. Zugleich untermauerten die Wissenschaftler die empirische Beweislage für eine vielbeachtete Vorarbeit Axel Meyers zur sympatrischen Artbildung dieser Buntbarsche, die im Jahr 2006 im Wissenschaftsjournal Nature publiziert worden war. Die aktuellen Forschungsergebnisse sind in der Ausgabe vom 30. Juni 2016 von PLOS Genetics veröffentlicht.

Die Buntbarsche der vulkanischen Kraterseen Apoyo und Xiloá in Nicaragua sind eines der seltenen Beispiele sympatrischer Artbildung. In nur rund 800 Generationen – ein Zeitraum von geschätzt 1.000 bis 1.500 Jahren – hat sich hier jeweils eine Fischpopulation in vier bis fünf unterschiedliche Arten weiterentwickelt, obwohl die Fische über die gesamte Zeit hinweg im selben geographisch abgeschlossenen See zusammenlebten.

Der Konstanzer Evolutionsbiologe Axel Meyer beschrieb dieses erstaunliche evolutionäre Phänomen bereits 2006 im Wissenschaftsjournal Nature. Gemeinsam mit Andreas Kautt schlüsselte er nun detailliert den genetischen Stammbaum der Fischpopulationen auf.

„Unsere Daten deuten darauf hin, dass es eine zweite Welle der Kolonialisierung unmittelbar vor der Aufteilung in zwei Arten gegeben hat“, erläutert Andreas Kautt. Demnach gelangte eine zweite Gruppe derselben Buntbarsch-Spezies in den Kratersee. Die Biologen vermuten, dass diese zweite Besiedlungswelle den Genpool der Buntbarsche aufgefrischt hatte und den Ausschlag für den Aufteilungsprozess in zwei Arten gab.

In der Evolutionsforschung sind drei Modelle für sympatrische und vermeintliche sympatrische Artbildung bekannt. Das erste Modell, die „reinste Form“ sympatrischer Artbildung, beschreibt die Entwicklung von zwei Arten aus einer gemeinsamen Population heraus. Im zweiten Modell finden zwei oder mehrere Wellen der Besiedlung eines Lebensraums durch dieselbe Art statt, bevor eine Aufspaltung in zwei Arten stattfindet.

Gemäß diesem Szenario geht der sympatrischen Artbildung also die Bildung eines Schwarms aus mehreren Populationswellen derselben Ahnenlinie voraus – und folglich eine Auffrischung des Genpools. „Unsere Daten sprechen dafür, dass die Artbildung in den Kraterseen Apoyo und Xiloá so abgelaufen ist.

Die zweite Welle der Kolonialisierung wurde in den Genpool der Kraterseepopulation integriert, bevor die evolutionäre Aufspaltung stattfand. Der Aufspaltungsprozess in zwei Arten hat sich anschließend ohne geographische Barrieren abgespielt“, erläutert Andreas Kautt.

Das dritte Modell, das nur sehr schwer zu unterscheiden ist und von Kritikern häufig als Einwand angeführt wird, beschreibt eine nur vermeintliche sympatrische Artbildung. Dieses Szenario geht ebenfalls von einer zweiten Populationswelle aus. Allerdings habe sich demnach die erste Population des Kratersees bereits weiterentwickelt, bevor die zweite Populationswelle hinzukam.

Zum Zeitpunkt ihres Aufeinandertreffens seien die beiden Schwärme aus gleicher Ahnenlinie also bereits getrennte Arten gewesen. In diesem Szenario läge keine echte sympatrische Artbildung vor, da eine geografische Barriere zum Zeitpunkt der Auseinanderentwicklung eine Rolle spielte. Anhand der Genanalyse konnten die Konstanzer Evolutionsbiologen diesen Fall jedoch ausschließen:

Die genetischen Stammbäume der Fische zeigen, dass die Aufspaltung in zwei Arten erst nach der zweiten Populationswelle stattfand. Damit lieferten die Genetiker den empirischen Beweis für die sympatrische Artbildung in den nicaraguanischen Kraterseen Apoyo und Xiloá.

Das Forschungsprojekt fand im Rahmen von Axel Meyers ERC Advanced Grant „Comparative genomics of parallel evolution in repeated adaptive radiations“ statt. Der Europäische Forschungsrat (ERC) hatte Axel Meyer 2011 diesen renommierten Wissenschaftspreis zur Erforschung paralleler Evolution zugesprochen. Die wissenschaftlichen Arbeiten an den Kraterseen Nicaraguas sollen in den kommenden Jahren weiter vertieft werden. Unter anderem planen die Konstanzer Evolutionsbiologen eine vollständige Sequenzierung der Genome der Fischpopulationen.

Originalpublikation: Kautt AF, Machado-Schiaffino G, Meyer A (2016) Multispecies Outcomes of Sympatric Speciation after Admixture with the Source Population in Two Radiations of Nicaraguan Crater Lake Cichlids. PLoS Genetics 12(6): e1006157. doi:10.1371/journal.pgen.1006157

Hinweis an die Redaktionen:
Fotos können im Folgenden heruntergeladen werden:

https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2016/46/Fischfang-Managua-Un...
Bildunterschrift: Dr. Andreas Kautt und Dr. Gonzalo Machado-Schiaffino beim Fischfang in Nicaragua.

https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2016/46/Kratersee-Xiloa-Uni-...
Bildunterschrift: Spuren vulkanischer Aktivität im Kratersee Xiloá.

https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2016/46/Kratersee-Apoyo-Uni-...
Bildunterschrift: Kratersee Apoyo.

https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2016/46/Axel-Meyer-Uni-KN-20...
Bildunterschrift: Prof. Axel Meyer, PH.D., Professor für Zoologie und Evolutionsbiologie an der Universität Konstanz.

Kontakt:
Universität Konstanz
Kommunikation und Marketing
Telefon: 07531 88-3603
E-Mail: kum@uni-konstanz.de

Julia Wandt | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur
17.08.2017 | Deutsches Krebsforschungszentrum

nachricht Magenkrebs: Auch Bakterien können Auslöser sein
17.08.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten