Experiment im Kratersee: Was Buntbarsche über die Evolution verraten

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In jungen Kraterseen in Zentralamerika tummeln sich verblüffend ähnliche Fische - obwohl sie sich völlig unabhängig voneinander entwickelt haben. Ein Blick ins Erbgut der Buntbarsche hilft, die Mechanismen der Evolution zu entschlüsseln - und zeigt das Baukastenprinzip des Erbguts.

Buntbarsche: Natürliches Experiment im Kratersee Fotos
Getty Images

Vor rund 6000 Jahren entstand der Xiloá-Kratersee im zentralamerikanischen Nicaragua, aus geologischer Sicht ist es ein ausgesprochen junges Gewässer. In ihm tummeln sich mehrere Arten von Midas-Buntbarschen, die sich erst in diesem See entwickelt haben. Ein benachbartes Gewässer, der 24.000 Jahre alte Apoyo-See, hat keinerlei Verbindung zum Xiloá-See - und trotzdem ist er bevölkert von einer ähnlichen Mischung von Spezies.

Evolutionsforscher um Andreas Kautt von der Universität Konstanz wollen anhand dieser Buntbarsche einige Mechanismen der Arten-Entstehung entschlüsseln. Für die Wissenschaft sind die jungen Kraterseen, in denen sich die Fische unabhängig voneinander, aber trotzdem ähnlich entwickelt haben, ein Glücksfall. Im Fachmagazin "Molecular Ecology" bezeichnen die Forscher die Seen als "natürliches Experiment". Mit Hilfe der Barsche konnte die Arbeitsgruppe von Axel Meyer bereits nachweisen, dass die Artenaufspaltung ohne räumliche Trennung geschehen kann - getrieben durch sexuelle Selektion.

Turbo-Evolution im Kratersee

Es ist klar, dass im Laufe der Evolution die gleiche Idee oft mehrmals umgesetzt wird, und zwar von ganz verschiedenen Tierarten. Bekannt ist das Phänomen als Konvergenz. So ähneln sich etwa die Körperformen von Delfinen, Haien und den vor gut 90 Millionen Jahren ausgestorbenen Ichthyosauriern- obwohl sie nur sehr weit entfernt miteinander verwandt sind. Auch Vögel und Fledermäuse haben ähnlich aufgebaute Flügel ausgebildet, mit denen sie sich in die Luft erheben.

Ähnliches ist bei den Buntbarschen passiert - bei ihnen spricht man allerdings, da sie eng verwandt sind, nicht von Konvergenz, sondern Parallelismus. Die Vorfahren der untersuchten Fischarten stammen aus zwei großen, deutlich älteren Seen, die seit mindestens einer halben Million Jahren existieren. Diese Seen sind relativ flach, ihr Wasser trüb. Obwohl die zwei in diesen Seen heimischen Arten viel älter sind als ihre junge Nachbarschaft in den Kraterseen, sind sie sich sehr ähnlich.

Als sie die Kraterseen besiedelten, eröffneten sich den Buntbarschen neue Nischen. Diese Seen sind deutlich tiefer, ihr Wasser ist klarer. Als erstes entstanden langgestreckte Buntbarsch-Arten, bevor sich weitere Spezies entwickelten. Diese Anpassung geschah in beiden Seen - parallele Evolution wie aus dem Lehrbuch.

Außen ähnlich, innen verschieden

Im Apoyo haben Forscher bisher sechs endemische, also nur dort vorkommende Arten identifiziert. Im jüngeren Xiloá-See sind es drei. Das ist erstaunlich, denn in den 6000 Jahren, die der Xiloá besteht, gab es höchstens 6000 Barsch-Generationen. Möglich ist dies nur, weil die Artenentstehung bei Buntbarschen rasant abläuft.

Die Forscher haben nun ermittelt, inwiefern die Ähnlichkeiten der verschiedenen Arten auf der gleichen genetischen Basis beruhen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie ein neues Merkmal - etwa der langgestreckte Körperbau - im Erbgut der verschiedenen Spezies verankert ist:

  • Es können exakt gleiche Mutationen vorliegen, also die gleiche Veränderung im gleichen Erbgut-Abschnitt.
  • Es können unterschiedliche Mutationen sein, die aber die gleichen Erbgut-Abschnitte betreffen.
  • Es können verschiedene Mutationen an verschiedenen Stellen des Erbguts vorliegen, die aber im Endeffekt das gleiche bewirken.

Die bisherigen Ergebnisse deuten auf Letzteres: Die gleichen äußerlichen Effekte beruhen bei diesen Fischen auf Veränderungen in verschiedenen Erbgut-Regionen. Das belegt, wie flexibel das Erbgut ist. Scheinbar fast identische Lösungen können durch verschiedene genetische Mechanismen erreicht werden. Selbst bei so nah verwandten Arten wie den untersuchten Buntbarschen führt nicht nur ein Weg zum gleichen Resultat. "Es zeigt auch, dass die Grenzen von Konvergenz und Parallelismus fließend sind", erklärt Meyer.

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insgesamt 7 Beiträge
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1. wie wurden sie denn initial besiedelt?
tassi52 19.09.2012
Wahrscheinlich durch Vögel, die Fischeier in die Seen einbrachten. Die beiden Seen liegen nur 1 km voneinander entfernt. Also kann genetischen Material- über Fischeier- immer wieder in späteren Jahren ausgetauscht worden sein.
2. Zu banal
AGA2759 19.09.2012
Zitat von tassi52Wahrscheinlich durch Vögel, die Fischeier in die Seen einbrachten. Die beiden Seen liegen nur 1 km voneinander entfernt. Also kann genetischen Material- über Fischeier- immer wieder in späteren Jahren ausgetauscht worden sein.
Im Artikel wird von endemischen Arten geschrieben. Die kommen jeweils NUR in EINEM der Seen vor. Also nix mit Austausch. Des weiteren wird erwähnt, dass eben nicht gleiche Gensequenzen aufgezeigt werden konnten, sondern Veränderungen in unterschiedlichen Gensequenzen festgestellt wurden.
3. Laut Google Maps 57 km!
wettertom 19.09.2012
Bitte mal ein Beispiel für die Verbreitung von Fischen durch Vögel. Keine Zeit dass auch noch zu recherchieren!
4. Eier, Laich von Fischen
franz-burbach 19.09.2012
Die meisten Fische haben einen sehr klebrigen an fast allem haftenden Laich. Dieser Fischlaich befindet sich zudem in einer feuchtigkeitserhaltenden Gallertmasse der ein mehrere Tage langes überleben ohne weiteres ermöglichen kann. Dieser Laich wird von vielen Wasservögeln problemlos über weite Strecken, auch hunderte Kilometer, übertragen, weil er an und in den Federn hängen bleibt. Enten zum Beispiel sind hervorragende Laichtransporteure, die auch sehr weite Strecken überbrücken. Es gibt kaum ein Wasserloch in das nicht in kürzester Zeit durch Vögel Laich übertragen wird und es zu einer Fischpopulation kommt. Ich halte deswegen den Haupt-Artikel für sehr bedenklich.
5. Eier, Laich Übertragung
franz-burbach 19.09.2012
Die meisten Fische haben einen sehr klebrigen an fast allem haftenden Laich. Dieser Fischlaich befindet sich zudem in einer feuchtigkeitserhaltenden Gallertmasse der ein mehrere Tage langes überleben ohne weiteres ermöglichen kann. Dieser Laich wird von vielen Wasservögeln problemlos über weite Strecken, auch hunderte Kilometer, übertragen, weil er an und in den Federn hängen bleibt. Enten zum Beispiel sind hervorragende Laichtransporteure, die auch sehr weite Strecken überbrücken. Es gibt kaum ein Wasserloch in das nicht in kürzester Zeit durch Vögel Laich übertragen wird und es zu einer Fischpopulation kommt. Ich halte deswegen den Haupt-Artikel für sehr bedenklich.
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Evolution
Die Veränderung des Erbguts und damit des Phänotyps von Individuen von Generation zu Generation.
Population
Eine Gruppe von Organismen einer Art oder auch verschiedener Arten (Mischpopulation) an einer bestimmten Örtlichkeit.
Phänotyp
Das Erscheinungsbild eines Individuums ist die Gesamtheit der durch die Erbanlagen (Genotyp) und die Einflüsse der Umwelt sich ausprägenden Merkmale eines Lebewesens.
genetische Variabilität
Die einzelnen Individuen einer Art besitzen genetische Unterschiede.
natürliche Selektion
Das Erbgut von Individuen einer Art wird nicht mit gleicher Wahrscheinlichkeit weiter gegeben. Manche Individuen einer Population vermehren sich stärker als andere - je nachdem wie überlebenstüchtig sie in einer bestimmten Umwelt sind. Selektionsfaktoren der Umwelt üben eine natürliche Selektion aus.
sexuelle Selektion
Ein Individuum bevorzugt bei seiner Partnerwahl bestimmte Merkmale. Dadurch haben nicht alle potentiellen Sexualpartner die gleichen Chancen zur Fortpflanzung, es findet somit eine Selektion statt. Die Erbanlagen, die die Merkmale hervorbringen, die f?r die Partnerwahl entscheidend waren, werden dadurch weiter gegeben.
künstliche Selektion
Vom Mensch gewünschte Eigenschaften werden durch Selektion und Zucht einzelner Individuen gezielt vermehrt.
genetische Drift
Auch Gendrift genannt. Vorgang bei der Evolution, der zu einer Veränderung im Genbestand kleiner Teilpopulationen gegenüber der Ausgangspopulation führt. Je kleiner eine Population ist, umso leichter kann der Zufall eine vom allgemeinen Durchschnitt abweichende Kombination von Genen zusammenführen. Gelangen beispielsweise nur wenige Individuen einer Art in ein isoliertes Gebiet (Insel, abgeschnittenes Gebirgstal), so können sich nun von ihrem Selektionswert unabhängige Mutationen aufgrund des Zufalls durchsetzen oder verlorengehen. Dies kann zu Formen führen, die in einzelnen Merkmalen nicht angepasst sind (beispielsweise auffällige Färbung, die sie als Beutetiere mehr gefährdet). Der Wirkungsgrad der Gendrift kann durch die mathematische Statistik erfasst werden.