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Erde|Umwelt

Isolation und Kreuzung bei den Rüsseltieren

Eine Schnitte eines Mammutknochens dient der Gewinnung der DNA. (Foto: JD Howell, McMaster University)

Elefanten, Mammuts und Mastodonten: Forscher haben die Genome der heutigen Elefantenarten und von ausgestorbenen Vertretern dieser Familie der Rüsseltiere analysiert. Offenbar war ihre Entwicklung von zwischenartlichen Techtelmechteln sowie von Isolation geprägt. Ein Teilergebnis der Studie ist auch für den Tierschutz wichtig, sagen die Forscher: Bei den Savannen- und Waldelefanten Afrikas handelt es sich um zwei überraschend unterschiedliche Arten, die folglich separaten Schutz benötigen.

Sie gehören zu den eindrucksvollsten Tieren der Evolutionsgeschichte: Die Familie der Elefanten hat Riesen hervorgebracht, die sich viele Lebensräume der Erde erschließen konnten. Heute sind nur noch drei Arten übrig geblieben: Der Asiatische Elefant (Elephas maximus), der Waldelefant (Loxodonta cyclotis) und das größte Landsäugetier unserer Zeit: der Afrikanische Elefant (Loxodonta africana). Doch einst stapften bekanntlich weitere prominente Vertreter der Elephantidae durch verschiedene Landschaften der Erde. Bisher war unklar, wie diese Arten miteinander verknüpft waren und wer aus wem hervorgegangen ist.

Wer hat hier mit wem zu tun?

Um Licht in diese Evolutionsgeschichte zu bringen, hat ein internationales Forscherteam nun insgesamt 14 Genome von Rüsseltieren sequenziert und anschließend analysiert. Jeweils zwei stammten von den drei heutigen Elefantenarten. Zusätzlich gelang es den Wissenschaftlern, Funden von drei ausgestorbenen Arten DNA zu entlocken und zu sequenzieren. Bei einem handelte es sich um die 120.000 Jahren alten Überreste eines Europäischen Waldelefanten (Palaeoloxodon antiquus). Außerdem sequenzierten die Forscher das Erbgut von vier Wollhaarmammuts (Mammuthus primigenius), eines Präriemammuts (Mammuthus columbi) und von zwei Amerikanischen Mastodonten (Mammut americanum).

Die erhaltenen Sequenzdaten unterzogen die Wissenschaftler anschließend einer sogenannten phylogenetischen Analyse: Die genetischen Informationen lassen Rückschlüsse über die Verwandtschaftsbeziehungen der Arten untereinander zu und auch darüber, wann sich ihre Entwicklungslinien einst getrennt haben.

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Im Fall der afrikanischen Savannen- und Waldelefanten zeigte sich, dass sich ihre beiden Linien bereits vor zwei bis fünf Millionen Jahren auseinanderentwickelt haben und seit etwa 500.000 weitgehend isoliert sind. „Es gibt schon lange eine Debatte darüber, ob die afrikanischen Savannen- und Waldelefanten tatsächlich zwei verschiedene Arten darstellen“, sagt Co-Autor David Reich von der Harvard Medical School in Boston. Die Ergebnisse bestätigen dies nun eindeutig: „Unsere Daten zeigen, dass diese beiden Arten über lange Zeit hinweg isoliert waren – und beide einen unabhängigen Erhaltungsstatus verdienen.“

Überraschende Mischungsgeschichte

Die Analyse des amerikanischen Mastodon-Genoms bestätigten Annahmen, dass sich diese Art bereits früh von den anderen Vertretern der Familie der Elefanten abgespalten hatte: vor etwa 28 bis 10 Millionen Jahren. Im Fall der Wollhaar- und Präriemammuts konnten die Forscher anhand der genetischen Daten hingegen eine ausgeprägte Vermischung bestätigen: Trotz ihrer sehr unterschiedlichen Lebensräume und Größen, begegneten sich diese beiden Arten offenbar an der Grenze ihrer Verbreitungsgebiete in Nordamerika und tauschten Erbgut aus – sie hybridisierten. „Die Kreuzungen geben Hinweise darüber, warum Mammuts in so unterschiedlichen Umgebungen und für eine so lange Zeit so erfolgreich waren“, sagt Co-Autor Hendrik Poinar von der McMaster University in Hamilton, Kanada.

Die DNA-Analyse des Europäischen Waldelefanten zeigte ebenfalls, dass diese Rüsseltiere, die bis vor etwa 33.000 Jahren in Europa lebten, komplexe Verwandtschaftsbeziehungen besaßen: Sie waren mit Vorfahren der heutigen Wald- und Savannenelefanten verknüpft und auch mit dem Wollhaarmammut. Bisher ging man hingegen davon aus, dass die Europäischen Waldelefanten eng mit den Vorfahren der heutigen Asiatischen Elefanten verwandt waren. Dies war aber nicht der Fall, geht aus den genetischen Daten hervor.

„Die kombinierte Analyse der Genom-Daten hat eine Komplexität der Geschichte der Familie der Elefanten offenbart, von der wir vorher nichts geahnt haben“, resümiert Poinar. Bisher ging man bei der Evolution dieser Tiere von einem Stammbaum mit klaren Gabelungen aus. Nun ergibt sich ein deutlich komplexeres Bild. „Die Beziehungen unter den Elefantenarten können nicht durch einfache Spaltungen erklärt werden – ein sehr überraschendes Ergebnis“, betont auch Co-Autorin Eleftheria Palkopoulou von der Harvard Medical School. Möglicherweise verlief die Entwicklungsgeschichte bei anderen Tiergruppen ähnlich komplex ab und war durch Hybridisierungen geprägt, sagen die Forscher. Es gibt ihnen zufolge deshalb nun viel Forschungspotenzial in den Stammbäumen.

Quelle: McMaster University, Originalveröffentlichung: PNAS, doi: 10.1073/pnas.1720554115

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