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Erde|Umwelt

Klimaschwankungen trieben Evolution der Pinguine voran

Pinguine
Familie von Adélie-Pinguinen. © Jacqueline Deely

Pinguine leben in einigen der extremsten Regionen der Welt und haben sich perfekt an ihre Umgebung angepasst. Doch wie haben sie sich entwickelt? Dieser Frage sind Forscher nun mit Hilfe von Genomdaten lebender und ausgestorbener Pinguinarten auf den Grund gegangen. Die Ergebnisse zeigen, dass vergangene Klimaschwankungen einen bedeutenden Einfluss auf die Artenentwicklung der geflügelten Meeresraubtiere hatten. Zudem identifizierten die Forscher mehrere Gene, die eine wichtige Rolle für spezifische Anpassungen gespielt haben.

Pinguine sind vor mehr als 60 Millionen Jahren entstanden. Schon lange, bevor sich die polaren Eisschilde bildeten, hatten sie ihre Fähigkeit zu fliegen verloren und nutzten ihre Flügel stattdessen als Antrieb beim Tauchen. Mit zahlreichen einzigartigen Spezialisierungen sind die verschiedenen Arten fähig, in einigen der extremsten Umwelten der Erde zu überleben. Doch wie haben sich die Pinguine entwickelt? Diese Frage wurde bislang nur unvollständig beantwortet.

Anpassung ans Extreme

Ein Team um Theresa Cole von der Universität Kopenhagen in Dänemark hat nun erstmals Genomdaten von allen 27 lebenden und kürzlich ausgestorbenen Pinguinarten sowie von 47 als Fossilien erhaltenen Arten einbezogen. Diese Daten setzten sie in Beziehung zu vergangenen erdgeschichtlichen Ereignissen. „Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, unser Verständnis dafür zu verbessern, wie Pinguine in die Meeresumwelt gelangt sind und einige der extremsten Umgebungen der Erde erfolgreich besiedelt haben“, so die Forscher.

Anhand von biogeographischen Rekonstruktionen bestätigten Cole und ihr Team die bereits früher aufgestellte Hypothese, dass die Pinguine ursprünglich in Neuseeland entstanden sind. Von dort aus, so die Forscher, breiteten sie sich in die Antarktis und nach Südamerika aus. Eine wichtige Rolle spielten dabei Klimaveränderungen, vor allem die letzte Eiszeit, die vor rund 115.000 Jahren einsetzte und vor etwa 11.700 Jahren endete. Für Pinguinarten, die an einen lokal begrenzten Lebensraum gebunden waren, ging die Eiszeit mit gravierenden Populationsverlusten einher, während Arten mit größerem Verbreitungsgebiet und solche, die wandern, Populationszuwächse erlebten.

Isolation und Wiedervereinigung

„Fast alle Arten zeigen die genomische Signatur einer Periode physischer Isolation während der letzten Eiszeit mit erhöhten Klimaschwankungen und Umweltunsicherheiten“, berichten Cole und ihre Kollegen. „Als das Eisvolumen während der letzten Eiszeit zunahm, wurden die Pinguinarten aus den hohen Breiten wahrscheinlich in isolierte Refugien in den mittleren Breiten gezwungen. Als sich das Klima vom späten Pleistozän bis zum Holozän erwärmte, wanderten diese Arten zurück in Richtung der Pole und besiedelten Landmassen und Inseln neu, als diese wieder bewohnbar wurden.“

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Dabei kamen auch Arten wieder miteinander in Kontakt, die sich durch die Jahrtausende lange Isolation getrennt entwickelt hatten. Für die Forscher löst diese Erkenntnis ein lang bestehendes Rätsel der Pinguinevolution: Die genetischen Daten deuten nämlich sowohl auf eine frühe Trennung als auch auf einen späteren Austausch zwischen bestimmten Arten hin. Da noch heute Paarungen zwischen nah verwandten Arten beobachtet werden, gehen Cole und ihr Team davon aus, dass sich die Arten in räumlicher Isolation diversifizierten, später aber, nachdem sich die Erde wieder erwärmt hatte, erneut gemeinsame Nachkommen zeugten und so Gene austauschten.

Verwundbar durch niedrige Evolutionsrate

Bei ihren Analysen identifizierten die Forscher auch mehrere Gene, die offenbar wichtig waren, damit sich die Pinguine an ihre spezifische ökologische Nische anpassen konnten. „Darunter waren Gene, die mit dem Tauchen im Meer, der Thermoregulation, der Sauerstoffversorgung, dem Unterwassersehen, dem Geschmack und der Immunität in Verbindung stehen“, berichten die Autoren. Obwohl die Pinguine einige der gravierendsten evolutionären Anpassungen aufweisen, stellten Cole und ihr Team fest, dass sie verglichen mit anderen Vögeln eine der niedrigsten Evolutionsraten haben. „Viele der Schlüsselmerkmale, die mit ihrem aquatischen Leben verbunden sind, haben die Pinguine schon sehr früh in ihrer Diversifizierung erworben, und die Veränderungsraten haben sich bis heute stark verlangsamt“, erklären die Forscher.

Gerade angesichts des rapide fortschreitenden menschengemachten Klimawandels könnte das zum Problem werden. „Das derzeitige Tempo der Erwärmung in Verbindung mit den begrenzten Refugien im Südpolarmeer wird die Anpassungsfähigkeit der Pinguine wahrscheinlich bei weitem übersteigen“, so die Autoren. „In über 60 Millionen Jahren haben sich diese ikonischen Vögel zu hochspezialisierten Meeresraubtieren entwickelt und sind nun gut an einige der extremsten Umgebungen der Erde angepasst. Doch wie ihre Evolutionsgeschichte zeigt, sind sie heute eine Art Frühboten für die Anfälligkeit der an die Kälte angepassten Fauna in einer sich rasch erwärmenden Welt.“

Quelle: Theresa Cole (Universität Kopenhagen, Dänemark), Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-022-31508-9

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