Evolutionsökologie: Hybride Artbildung ermöglichte sprunghafte Nischenerweiterung bei Wechselkröten

Neues aus der Forschung

Meldung vom 18.11.2015

Wenn Tiere „aus der Art schlagen“, können sie neue ökologische Nischen erobern.


151118-1837_medium.jpg
 
Tetraploide Kröten (Bufo oblongus) aus Turkmenistan in Zentralasien: Die Tiere kommen mit extremen Lebensbedingungen in Wüsten aus, sofern es dort temporäre Wasserstellen gibt.
Foto: Matthias Stöck
Ficetola G.F. & M. Stöck. 2015. Do hybrid-origin polyploid amphibians occupy transgressive or intermediate ecological niches compared to their diploid ancestors? Journal of Biogeography (published online)

Wenn Tiere „aus der Art schlagen“, können sie neue ökologische Nischen erobern. Das haben Wissenschaftler bei polyploiden Wechselkröten nachgewiesen, die durch Verschmelzung zweier Arten entstanden sind. Was man den Tieren nicht ansieht: ihre drei- oder gar vierfachen Chromosomensätze haben oft vollkommen neue Eigenschaften zur Folge, dank derer sie sich u.a. an extreme Lebensbedingungen anpassen können. Matthias Stöck vom Leibniz-IGB und Francesco Ficetola von der Universität Grenoble haben untersucht, ob polyploide Kröten dieselben ökologischen Nischen besiedeln wie ihre diploiden Stammformen. Sie konnten „Ökologische Transgression“ damit erstmals für polyploide Wirbeltiere beschreiben.

„Durch Hybridisierung entstandene Arten, also Kreuzungen getrennter Stammformen, können Eigenschaften hervorbringen, die mit keiner der Stammformen übereinstimmen – zum Beispiel bezüglich ihrer Gestalt, Färbung, Nahrungspräferenzen oder hinsichtlich der Umweltbedingungen, unter denen sie leben können“, sagt Dr. Matthias Stöck, Heisenberg-Stipendiat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). Transgression nennen Wissenschaftler dieses Phänomen, das den Hybriden einen möglicherweise entscheidenden Vorteil gegenüber ihren Stammformen verschaffen kann. – Mit Folgen für die Evolution neuer Arten und die Besiedelung neuer Lebensräume.

Nachgewiesen haben die Wissenschaftler diesen Effekt bei polyploiden Wechselkröten. Polyploidie bedeutet, dass Arten mehr als zwei Chromosomensätze in ihren Zellen aufweisen. „Dies trifft auf einige wechselwarme Wirbeltiere sowie auf zahlreiche Pflanzenarten zu“, erklärt Dr. Matthias Stöck. Europäische Wechselkröten besitzen wie wir Menschen zwei Chromosomensätze (Diploidie) – einen mütterlichen und einen väterlichen; einige asiatische Arten dagegen drei oder vier. Diese Polyploiden sind durch Verschmelzung zweier Arten entstanden und besitzen Genome beider Vorläufer. So haben die asiatischen Verwandten unserer heimischen Wechselkröten zum Beispiel zwei, drei, oder sogar vier Chromosomensätze, sind also di-, tri-, oder tetraploid. Äußerlich sieht man den Tieren den genetischen Unterschied kaum an. Nur mittels genetischer Methoden können Wissenschaftler die Tri- oder Tetraploiden identifizieren.

Neue Arten bilden sich innerhalb weniger Generationen

Hybridformen mit mehr als zwei Chromosomensätzen entstehen, wenn sich zwei genetisch getrennte Arten paaren und beim Verschmelzen des Erbguts alle Chromosomen der Stammformen beibehalten werden. So können sich innerhalb weniger Generationen neue Arten bilden, die Eigenschaften und Merkmale aufweisen, die beide Elternlinien überhaupt nicht besitzen. Die polyploide hybride Artbildung (Speziation) unterscheidet sich damit deutlich von der klassischen (u.a. der allopatrischen) Artbildung, die über sehr lange Zeiträume und zumeist über die räumliche Trennung von Populationen erfolgt. Beide Formen der Artbildung kommen bei Wechselkröten vor.

Polyploide Arten besetzen neue ökologische Nischen

Matthias Stöck und sein italienischer Kollege Francesco Ficetola wollten herausfinden, ob die polyploiden Arten der Wechselkröten andere ökologische Nischen besetzen als ihre diploiden Vorfahren. Als ökologische Nische bezeichnen Wissenschaftler dabei „die Gesamtheit biotischer und abiotischer Umweltfaktoren, die eine Art beeinflussen.“ „Wir haben vermutet, dass sich die Tiere durch Transgression besser an neue Lebensbedingungen anpassen können“, sagt Matthias Stöck. Dazu untersuchten die Forscher fünf Arten von Wechselkröten an 99 Standorten in deren Verbreitungsgebieten in Zentral- und Hochasien: Bufo pewzowi, eine tetraploide Art ist der Nachkomme von Bufo latastii und Bufo turanensis (beide diploid). Ein weiterer Polyploider dieser beiden Linien ist Bufo oblongus, ebenfalls tetraploid. Bufo latastii und Bufo shaartusiensis (diploid) haben Bufo baturae als triploiden Hybriden hervorgebracht.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die beiden tetraploiden Wechselkröten Bufo pewzowi und Bufo oblongus ökologische Nischen mit wesentlich harscheren Lebensbedingungen (trockenere, kältere Winter) besiedeln als ihre beiden Elternlinien“, fasst Matthias Stöck zusammen. Die triploide Art Bufo baturae hingegen würde sich evolutionär konservativ verhalten: „ihre ökologische Nische ähnelt der von Bufo latastii, von der sie zwei Drittel des Erbgutes in sich trägt.“

Neue Eigenschaften begünstigen die Bildung von Arten

Dass polyploide Arten einen Vorteil erlangen, wenn sie die Lebensräume ihrer Vorfahren verlassen können, dürfte mit Schwierigkeiten beim Finden von Paarungspartnern zusammenhängen, nehmen die Wissenschaftler an. Rückkreuzungen von polyploiden mit den diploiden Vorläuferarten würden zu genetischen Problemen führen. Ökologische Transgression könnte also aus evolutionärer Sicht die polyploide Artbildung von Tieren begünstigen. Nämlich dadurch, dass eine neue polyploide Art der Konkurrenz ihrer diploiden Verwandten quasi entflieht, indem sie sich an neue ökologische Nischen und damit Lebensräume anpasst. So konnten sich die tetraploiden Wechselkröten große Bereiche der zentralasiatischen Wüsten und Hochgebirge erschließen, wo sie zum Teil die einzigen Amphibienarten sind. Es kann also durchaus von Vorteil sein, „aus der Art zu schlagen.“


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 16 Meldungen

Meldung vom 21.05.2019

Neue Studie zeigt: Tropische Korallen spiegeln die Ozeanversauerung wider

Das Kalkskelett tropischer Korallen weist bereits Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung auf, die au ...

Meldung vom 21.05.2019

Namenlose Fliegen

Unsere heimischen Fliegen und Mücken zählen mit knapp 10.000 bekannten Arten zu einer der vielfältigsten In ...

Meldung vom 20.05.2019

Bonobo Mütter verhelfen ihren Söhnen zu mehr Nachwuchs

Bei vielen sozialen Tierarten teilen sich Individuen die Aufgaben der Kindererziehung, doch neue Forschungserg ...

Meldung vom 20.05.2019

Auf die Größe kommt es an

Ökologe der Universität Jena und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) ent ...

Meldung vom 20.05.2019

3D-Technologie ermöglicht Blick in die Vergangenheit

Studie identifiziert Fischarten anhand vier Millionen Jahre alter Karpfenzähne ‒ Modell zur Evolution der B ...

Meldung vom 20.05.2019

Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die genetische Vielfalt einer Art

Über das Genom des Alpenmurmeltiers.

Meldung vom 17.05.2019

Ernst Haeckel: Vordenker hochmoderner Disziplinen

Wissenschaftshistoriker der Universität Jena erklären Ernst Haeckels Ökologie-Definition.

Meldung vom 17.05.2019

Echoortung von Fledermäusen - Exzellente Navigation mit wenig Information

LMU-Forscher widerlegen bisherige Annahmen über die Echoortung: Fledermäuse haben deutlich weniger räumlich ...

Meldung vom 17.05.2019

Neues Petersilien-Virus von Braunschweiger Forschern entdeckt space

Neues Petersilien-Virus kommt im Raum Braunschweig und anderen Teilen Deutschlands vor.

Meldung vom 16.05.2019

Bettgenosse gesucht: Wer war der erste Wirt der Bettwanzen

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der kooperativen Leitung des TUD Biologen Prof. Klaus Rein ...

Meldung vom 15.05.2019

Schimpansen graben mit Werkzeugen nach Futter

Forschungsteam filmt im Zoo erstmals, wie die Menschenaffen vorgehen, um an vergrabene Leckereien zu kommen.

Meldung vom 15.05.2019

Übersatte Bakterien machen den Menschen krank

SFB 1182-Forschungsteam schlägt in einer neuen Hypothese vor, dass Entzündungskrankheiten durch ein Nahrungs ...

Meldung vom 15.05.2019

Große Fragen zur Rolle mikroskopischen Lebens für unsere Zukunft

Wie Mikroorganismen die dynamische Entwicklung unserer Erde beeinflussen.

Meldung vom 15.05.2019

Wälder tragen weniger zum Klimaschutz bei als vermutet

Eine Studie mit Beteiligung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL könnte ein Dämp ...

Meldung vom 15.05.2019

Ausgezirpt - Drastischer Biomasseverlust bei Zikaden in Deutschland

In der April- Ausgabe der vom Bundesamt für Naturschutz herausgegebenen Zeitschrift „Natur und Landschaft ...

Meldung vom 14.05.2019

Relaisstation im Gehirn steuert unsere Bewegungen

Die Relaisstation des Gehirns, die Substantia nigra, beherbergt verschiedene Arten von Nervenzellen und ist f ...


03.05.2019
Eine Frage der Zeit
24.04.2019
Kraftwerk ohne DNA

06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
18.11.2015
Kenne Deinen Fisch!
18.11.2015
Leben ohne Altern
18.11.2015
Lebensraum Käse
18.11.2015
Domino im Urwald
18.11.2015
Trend-Hobby Imker
18.11.2015
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung