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Erde|Umwelt

Wie die Natur Artgrenzen stabilisiert

Paviane
Junge Paviane in der Amboseli. © Tauras Vilgalys

Welche Rolle spielen Kreuzungen zwischen verschiedenen miteinander verwandten Primatenarten für die Fitness der Nachkommen und die Evolution der beteiligten Arten? Diese Frage haben Forscher nun mit Hilfe einer Kombination aus Langzeit-Felddaten und genomischen Informationen untersucht. Über 50 Jahre hinweg beobachteten sie zwei sich immer wieder kreuzende Arten wildlebender Paviane . Während die hybriden Nachkommen keine offenkundigen Nachteile erkennen ließen, wurden im Erbgut der Hybriden die Gene einer Art mit der Zeit wieder eliminiert. Die Ergebnisse tragen auch zu einem besseren Verständnis der frühen menschlichen Evolution bei, als sich unsere Vorfahren mit anderen Menschenarten wie Neandertalern vermischten.

Vor Zehntausenden von Jahren, als unsere Vorfahren mit Neandertalern und anderen inzwischen ausgestorbenen Homo-Linien Seite an Seite lebten, kam es immer wieder zu Kreuzungen zwischen den nah verwandten Arten. Bis heute lassen sich in unserem Erbgut Spuren von Neandertalergenen ausmachen. Paläontologen vermuten, dass Mechanismen der natürlichen Selektion dafür gesorgt haben, dass sich hybride Nachkommen von modernem Menschen und Neandertaler weniger gut vermehren konnten, sodass trotz der Möglichkeit gemeinsamer Fortpflanzung die Artgrenze erhalten blieb. Da es heute außer dem Homo sapiens keine anderen Homo-Linien mehr gibt, mit denen wir uns fortpflanzen könnten, lässt sich diese These aber nicht direkt experimentell überprüfen.

50 Jahre Feldstudien

„Einen Kontext für das Verständnis der Vermischungsdynamik in unserer eigenen Abstammung bieten jedoch Studien an lebenden Primaten“, erläutert ein Forschungsteam um Tauras Vilgalys von der Duke University in den USA. Als Untersuchungsobjekt entschieden sich die Forscher für Paviane in der Amboseli-Region in Kenia. In dieser Region treffen die südlich lebenden Gelben Paviane mit den weiter nördlich beheimateten Anubispavianen zusammen. Obwohl sich die Arten vor rund 1,4 Millionen Jahren auseinanderentwickelt haben, können sie sich in Regionen, in denen sich ihre Verbreitungsgebiete überschneiden, kreuzen und gemeinsam fortpflanzungsfähige Nachkommen zeugen.

Seit 50 Jahren beobachten Wissenschaftler die Paviane in der Amboseli-Region, verzeichnen Kreuzungen zwischen den Arten, Zu- und Abwanderung von Individuen sowie Aussehen, Verhalten und Fortpflanzungserfolg von hybriden Nachkommen, die aus einer Kreuzung zwischen Gelben und Anubispavianen hervorgegangen sind. Diese Daten kombinierte Vilgalys Team mit Genomanalysen von über 440 Pavianen aus der Region. Die genetischen Daten umfassten neun Generationen von Pavianen, die seit 1969 geboren wurden.

Benachteiligte Gene

Die Langzeit-Beobachtungen ließen keine offensichtlichen Nachteile für hybride Individuen erkennen. Manche der Hybrid-Männchen erwiesen sich sogar als erfolgreicher bei der Partnerwahl. Wie kann es also sein, dass sich die Arten nicht vollständig zu einer vermischt haben, sondern weiterhin getrennt existieren – mit einer nur sehr schmalen Zone, in der Kreuzungen vorkommen? Eine Antwort auf diese Frage liefern die genetischen Daten. Zunächst einmal stellten die Forscher fest, dass sämtliche Paviane in der Amboseli-Region Gene beider Arten in ihrem Erbgut tragen – rund ein Drittel Anubis-DNA, zwei Drittel Gelber-Pavian-DNA.

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Bei etwa der Hälfte der Tiere, deren Genom Vilgalys und sein Team analysierten, lag die Einkreuzung von Anubis-DNA maximal sieben Generationen zurück, fand also während der Zeit statt, als die Tiere bereits wissenschaftlich beobachtet wurden. Bei 214 Pavianen jedoch muss die Kreuzung den genetischen Daten zufolge bereits vor Beginn der Beobachtungen 1971 stattgefunden haben. Im Genom dieser „historischen“ Hybride entdeckten die Forscher Hinweise darauf, dass die Anubis-DNA im Rahmen der natürlichen Selektion quasi aussortiert wird: Im Vergleich zu nicht-codierenden Genregionen enthielten Genomabschnitte, die für Proteine codieren oder an der Genregulation beteiligt sind, deutlich weniger Anubis-DNA.

Parallelen zur menschlichen Evolution

Warum genau Anubis-Gene mit geringerer Wahrscheinlichkeit an die Nachkommen weitergegeben werden, können die Forscher auf Basis der bisherigen Daten nicht beantworten. „Sowohl Hybrid-Inkompatibilitäten als auch ökologische Selektion könnten eine Rolle spielen“, mutmaßen sie. „Zum Beispiel legen manche Berichte nahe, dass die beiden Pavian-Arten unterschiedliche klimatische Nischen besetzen.“ Dies könnte dazu geführt haben, dass die Anubis-Gene indirekte Nachteile für die hybriden Nachkommen mit sich gebracht haben, sodass sie im Laufe hunderter Generationen teilweise wieder eliminiert wurden.

Aus Sicht der Autoren ist die Kombination von Beobachtungs- und genetischen Daten bei Primaten sehr hilfreich, um auch unsere eigene Evolutionsgeschichte besser zu verstehen. Auch in unserem Genom zeigt sich nämlich ein ähnliches Muster, bei dem Neandertaler-DNA stärker in Regionen vorkommt, in denen dies keine funktionellen Auswirkungen hat. Ähnlich wie bei den Pavianen könnte also auch hier eine versteckte Selektion stattgefunden haben – ohne dass die individuellen Nachkommen von Homo sapiens und Neandertaler unbedingt spürbare Nachteile gehabt haben müssen.

Quelle: Tauras Vilgalys (Duke University, Durham) et al., Science, doi: 10.1126/science.abm4917

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