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Evolution

Braun- & Eisbär: Artentwicklung auf der Spur

Eisbären tragen das genetische Erbe von Hybridisierungen mit ihren südlichen Verwandten in sich. © Øystein Wiig

Forscher haben neue Einblicke in die verwobene Entwicklungsgeschichte von Braun- und Eisbär gewonnen. Aus den genetischen Analysen, die auch das Genom eines 115.000 Jahre alten Eisbären umfassen, geht hervor: Die Aufspaltung zu den beiden Arten setzte vor etwa 1,3 bis 1,6 Millionen Jahren ein. Nachdem sich die Spezies etabliert hatten, kam es aber wieder zu Hybridisierungen, die vor allem zu einem Genfluss von Braun- zu Eisbär führten. Es wird deutlich, dass auch die Entwicklungsgeschichte dieser beiden Arten von Interaktionen gekennzeichnet war – ähnlich wie es etwa vom modernen Menschen und dem Neandertaler bekannt ist, sagen die Wissenschaftler.

Die Entwicklungsgeschichte der Lebewesen wird oft als ein Baum dargestellt: Bestimmte Entwicklungslinien haben Verzweigungen hervorgebracht, weil sich Arten im Lauf der Evolution in weitere Spezies aufgetrennt haben. In manchen Fällen liegt diese Aufspaltung noch nicht sehr lange zurück, wodurch sich zwei Arten noch relativ stark ähneln und manchmal noch gemeinsame Nachkommen hervorbringen können. Ein Beispiel dafür sind Braunbär (Ursus arctos) und Eisbär (Ursus maritimus), die aus einem gemeinsamen Vorfahren hervorgegangen sind und sich anschließend an ihre unterschiedlichen Lebensräume angepasst haben. Sie sind auch noch kreuzbar, wie aus seltenen Fällen von Hybridisierungen in den nördlichen Überschneidungsbereichen ihrer Verbreitungsgebiete bekannt ist.

Evolutionsgeschichte im Spiegel des Erbguts

Um mehr Licht auf die Entwicklungsgeschichte zu werfen, haben die Wissenschaftler um Charlotte Lindqvist von der University at Buffalo nun erneut einen Blick auf das Genom der beiden Bärenarten geworfen. Für ihre Studie haben sie die Genome von 64 modernen Eis- und Braunbären analysiert und außerdem für spezielle Vergleichsdaten gesorgt: Sie sequenzierten Eisbären-Erbgut, das aus dem Kiefer eines Exemplars stammt, das vor 115.000 bis 130.000 Jahren im norwegischen Svalbard-Archipel gelebt hat. So waren aufschlussreiche Vergleiche mit den modernen Genomdaten möglich.

Anhand bestimmter Mutationsraten im Erbgut schätzen die Wissenschaftler nun, dass Eisbären und Braunbären vor etwa 1,3 bis 1,6 Millionen Jahren begannen, sich zu unterschiedlichen Arten zu entwickeln. Beim Eisbären zeichnet sich dabei ab: Nachdem er zu einer eigenen Art geworden war, kam es in seinem Erbgut zu einem deutlichen Verlust an genetischer Vielfalt. Dies war wohl auf drastische Populationseinbrüche zurückzuführen, die zu Inzucht führten. Das wichtigste Studienergebnis bilden den Forschern zufolge allerdings die Hinweise auf die Interaktionen von Eis- und Braunbär nach der Artdifferenzierung: In den genetischen Daten spiegelt sich wider, dass es auch noch nach der Etablierung der beiden Spezies zu einer deutlichen Vermischung gekommen ist, die nachhaltige Spuren in den Populationen hinterlassen hat.

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Genfluss von Braun- zu Eisbär

Konkret gibt es Hinweise darauf, dass vor etwa 150.000 Jahren eine genetische Übertragung stattfand, die wohl bidirektional war, aber vor allem die Eisbären prägte. „Wir haben Hinweise auf eine Kreuzung zwischen Eisbären und Braunbären gefunden, die dem alten Eisbären, den wir untersucht haben, vorausging“, sagt Lindqvist. „Darüber hinaus zeigen unsere Ergebnisse eine komplizierte, verflochtene Evolutionsgeschichte zwischen Braun- und Eisbären, wobei der Genfluss hauptsächlich von Braunbären zu Eisbären gerichtet war“. Konkret könnte es demnach sein, dass in klimatisch wärmeren Phasen eine verstärkte Überschneidung des Lebensraums der beiden Bärenarten einsetzte, die mit Hybridisierungen einherging. Offenbar setzte sich dabei eher das Erbe der Braunbären bei den Eisbären fest als umgekehrt.

„Es zeigt sich erneut, dass die Entstehung und Erhaltung von Arten ein komplexer Prozess sein kann“, sagt Lindqvist. Dabei macht die Wissenschaftlerin besonders auf die interessanten Parallelen zur menschlichen Evolution aufmerksam. Wie Lindqvist erklärt, dachte man früher, dass sich moderne Menschen und Neandertaler in Afrika und Eurasien einfach in verschiedene Arten aufspalteten, nachdem sie aus einem gemeinsamen Vorfahren hervorgegangenen waren. Dann wurde aber Neandertaler-DNA in modernen eurasischen Menschen entdeckt, was belegt, dass moderne menschliche Populationen irgendwann in ihrer gemeinsamen Evolutionsgeschichte einen Zustrom von Genen von ihren archaischen Cousins erhalten haben.

„Was mit den Eis- und Braunbären geschah, ist eine sch#öne Analogie zu dem, was wir mittlerweile über die menschliche Evolution gelernt haben: dass die Aufspaltung von Arten unvollständig sein kann. Denn in Genomen spiegelt sich wider, dass es multidirektionale genetische Vermischungen gab. Dabei paarten sich verschiedene Gruppen archaischer Menschen mit Vorfahren der modernen Menschen. Eisbären und Braunbären sind ein weiteres System, bei dem man dies nun feststellen kann“, so Lindqvist. Ihr Kollege Luis Herrera-Estrella von der Texas Tech University in Lubbock sagt dazu abschließend: „Unsere genetische Untersuchung verdeutlicht, dass sich hinter Artengruppen von Säugetieren komplizierte Evolutionsgeschichten verbergen können.“

Quelle: University at Buffalo, Fachartikel: Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2200016119

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