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Artbildung verblüfft Biologen

Artbildung bei Fischen
Artbildungsraten für Meeresfische (Rot, Gelb = hoch), sowie Fische mit schneller und langsamer (grau hinterlegt) Artbildung (Grafik: Rabosky et al/ Nature, Julie Johnson)

Die tropischen Meere sind wahre Hotspots der Artenvielfalt – und galten bisher auch als wichtige Zentren für die Bildung neuer Arten. Doch wie sich jetzt herausstellt, stimmt das so nicht: Zumindest bei Meeresfischen ist die Artbildungsrate ausgerechnet in den kalten und eher artenarmen polaren Breiten am höchsten. Sie liegt dort doppelt so hoch wie in den artenreichen Tropen, wie Forscher ermittelt haben. Wie ist dieses Paradox zu erklären? Bisher haben auch die Biologen darauf noch keine eindeutige Antwort.

Ob in Korallenriffen oder im Regenwald: Die Tropen gehören zu den artenreichsten Regionen der Erde. Weiter in Richtung der gemäßigten und polaren Breiten hingegen nimmt die Zahl der Pflanzen- und Tierarten deutlich ab. So sind warme tropische Küstenmeere beispielsweise die Heimat von bis zu tausendmal mehr Arten von Fischen als die kalten Polarmeere. „Diese steile Abnahme des Artenreichtums vom Äquator zu den Polen ist eine der allgemeingültigsten großräumigen Muster der Biologie, es gibt sie schon seit mehr als 30 Millionen Jahren“, erklären Daniel Rabosky von der University of Michigan in Ann Arbor und seine Kollegen. Gängiger Theorie nach entsteht dieser breitengradabhängige Gradient der Artenvielfalt dadurch, dass in den Tropen auch die Bildung neuer Arten schneller und häufiger stattfindet. „Die Tropen gelten als evolutionäre Wiege neuer Spezies“, so die Forscher. Für einige Tiergruppen wie Mollusken und Korallen haben Studien diese Theorie auch bestätigt.

Turbo-Evolution in polaren Meeren

Doch gilt dies für alle Tiergruppen? Um das herauszufinden, haben Rabosky und sein Team die Artbildung bei Meeresfischen untersucht. Dafür erstellten sie zunächst einen Stammbaum von mehr als 30.000 Knochenfischarten, in dem sie alle Artabspaltungen zeitlich erfassten. Aus den Verbreitungsdaten dieser Arten ermittelten die Forscher dann, wo diese Arten jeweils entstanden sind und rekonstruierten so die durchschnittliche Artbildungsrate für verschiedene geografische Regionen. „Die computertechnischen Anforderungen für diese Art von Analysen sind enorm hoch“, erläutert Co-Autor Michael Alfaro von der University of California in Los Angeles. Für die statistischen Berechnungen hätten tausende von Desktop-Computern mehrere Monate benötigt.

Die Auswertung bestätigte zwar die deutlich höhere Artenvielfalt der Fische in den Tropen verglichen mit gemäßigten und polaren Breiten. Das Überraschende aber: Bei der Bildungsrate neuer Arten war das Verhältnis genau umgekehrt. In den kalten Gewässern der polaren Breiten sind in den letzten Millionen Jahren fast doppelt so viele neue Arten entstanden wie in den Tropen. Wie die Forscher ermittelten, steigt für alle zehn Breitengrade weiter in Richtung Pole die Artbildungsrate um rund 0,025 Stammeslinien pro Millionen Jahre. Ausgerechnet in den vermeintlich eher lebensfeindlichen, weil eiskalten Gewässern rund um die Antarktis scheint dabei die Evolution geradezu im Turbogang abzulaufen: „Das Südpolarmeer, das von Eisfischen und ihren Verwandten dominiert wird, hat von allen Meeresgebieten weltweit die höchsten Raten der Artbildung“, berichten Rabosky und seine Kollegen. Bei typischen Korallenfischen wie Riffbarschen, Lippfischen oder Grundeln verläuft die Evolution neuer Spezies dagegen vergleichsweise langsam.

„Unerwartet und paradox“

„Diese Ergebnisse sind ebenso unerwartet wie paradox“, sagt Rabosky. Denn wenn in den polaren Gewässern so viele neue Fischarten entstanden sind und entstehen – wo sind sie alle geblieben? Theoretisch müssen die kalten Meere von verschiedenen Fischarten nur so wimmeln, doch das ist nicht der Fall. Umgekehrt stellt sich die Frage, woher die so viel größere Artenvielfalt in den Tropen kommt. „Denn eigentlich würde man erwarten, dass eine hohe Rate von Artentstehung auch zu einer hohen Anzahl von Arten führt“, sagt Rabosky. „Stattdessen finden wir die schnellste Artbildung ausgerechnet in geografischen Regionen mit der niedrigsten Artenvielfalt.“

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Bisher können die Forscher nur darüber spekulieren, wie dieses Paradox zustande kommt. Eine Hypothese: „Die Zahl der Arten in einem Gebiet ergibt sich aus einem Gleichgewicht zwischen der Neubildungsrate und der Rate, mit der Spezies wieder aussterben“, erklärt Rabosky. Theoretisch wäre es daher möglich, dass in den polaren Breiten zwar viele neue Fischarten entstehen, diese aber auch schnell wieder verschwinden. In den Tropen mit ihrer Vielfalt von Lebensräumen und Nischen können sich neue Spezies dagegen möglicherweise besser etablieren und erhalten. „Das Aussterben könnte das fehlende Puzzlestück sein, aber es ist sehr schwer zu fassen“, sagt Rabosky. Denn Aussterberaten sind schwer zu bestimmen und liegen für marine Fische bisher nicht vor. „Wir nutzen jetzt sowohl Fossilien als auch neue statistische Methoden, um den Effekt der Extinktion in Polarregionen und Tropen näher einzugrenzen“, so der Forscher.

„Diese Studie ist ein Meilenstein in der Erklärung der Verteilung von biologischer Vielfalt auf unserem Planeten. Ohne ein Verständnis, wie diese Vielfalt entsteht, nämlich durch biologische Evolution, ist auch kein wirksamer Schutz möglich“, kommentiert Thorsten Reusch vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel. „Diese Studie liefert weitere wichtige Argumente für einen verbesserten Schutz der Polarregionen, in denen die Artbildungsraten offenbar sehr hoch sind.“

Quelle: Daniel Rabosky (University of Michigan, Ann Arbor) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-018-0273-1

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