Eine Blaupause für die schnelle Entwicklung der Arten

Forschung an Stichlingen erlaubt Vorhersagen darüber, wie Lebewesen sich schnell an veränderte Umweltbedingungen anpassen.

Salzwasser-(oben) und Süßwasser-(unten) Ökotypen von Dreistacheligen Stichlingen. Photo: Sebastian Kick.

Eine soeben in Science Advances erschienene Studie beschreibt die genomischen Veränderungen, die schnelle Evolution von Süßwasserstichlingen vorantreiben. Die Forschungsergebnisse erhellen auch, auf welchen genetischen Veränderungen natürliche Selektion bei anderen Arten beruht.

Im Süßwasser lebende Dreistachelige Stichlinge haben sich in tausenden Süßwasserseen der nördlichen Hemisphäre aus ihren marinen Vorfahren entwickelt. Dieser Prozess fand unabhängig in verschiedenen Seen statt und ist somit ein paradigmatisches Beispiel für parallele Evolution. Obwohl er ursprünglich bereits von 12 00 Jahren stattfand, kann er man ihn immer noch wiederholen und untersuchen. Bemerkenswerterweise vollziehen sich die Adaptionen an Süßwasser bereits innerhalb von Jahrzehnten, was Forschenden eine einzigartige Gelegenheit gibt, die Anpassung von Wirbeltieren tatsächlich in natürlicher Umgebung zu beobachten. 
Ein internationales Wissenschaftlerteam, unter anderem bestehend aus Krishna Veeramahs Forschergruppe an der Stony Brook University (New York), David Kingsleys Gruppe an der Stanford University California und Felicity Jones’ Gruppe am Friedrich-Miescher-Laboratorium der Max-Planck-Gesellschaft in Tübingen setzte Meeresstichlinge in Seen in Alaska um und beobachtete mehrere Jahre lang , wie sie sich auf ihren neuen Lebensraum im Süßwasser anpassten. Anschließend sequenzierten die Forschenden das gesamte Genom der Fische, die sich über die Jahre hinweg mehr und mehr auf Süßwasser eingestellt hatten. Sie konnten Hunderte Genomveränderungen feststellen, die der schnellen Anpassung zugrundeliegen.

Einblicke in evolutionäre Mechanismen für verschiedene Zweige des Baums des Lebens

“Durch die Untersuchung schneller Veränderungen der genetischen Variation bei Stichlingen über eine kleine Anzahl von Generationen hinweg haben wir die genomischen Merkmale identifiziert, die für eine schnelle Anpassung an neue Umgebungen wichtig sind. Wir konnten zeigen, dass man mithilfe dieser Merkmale auch für andere, entfernte Arten wie beispielsweise Darwinfinken den Genlocus von Merkmalen vorhersagen kann, die durch natürliche Auslese begünstigt werden,“ erläutert Felicity Jones, Mitautorin der Studie. „Unsere Untersuchung hebt hervor, dass die genomischen Mechanismen der Anpassung von Stichlingen auch im Allgemeinen der Anpassung von Arten zugrundeliegen und sie formen.“
Obwohl Evolution sich nicht im Sinne einer exakten Wissenschaft vorhersagen lässt, sind die Autorinnen und Autoren der Studie überzeugt, dass ihre Erkenntnisse über Süßwasser-Stichlinge wichtige Einblicke in die Genomik der Evolution von Wirbeltieren liefert und Aufschlüsse darüber gibt, wie die Evolution in Zukunft vonstattengehen könnte – gleichgültig für welche Spezies.

Kontakt:

Dr. Felicity Jones
Friedrich-Miescher-Laboratorium
Max-Planck-Ring 9
72076 Tübingen                                                                  

felicity.jones@tuebingen.mpg.de

Originalpublikation:

Garrett A. Roberts Kingman, Deven N. Vyas, Felicity C. Jones, Shannon D. Brady, Heidi I. Chen, Kerry Reid, Mark Milhaven, Thomas S. Bertino, Windsor E. Aguirre, David C. Heins, Frank A. von Hippel, Peter J. Park, Melanie Kirch,
Devin M. Absher, Richard M. Myers, Federica Di Palma, Michael A. Bell, David M. Kingsley, and Krishna R. Veeramah:
Predicting future from past: The genomic basis of recurrent and rapid stickleback evolution. Science Advances 18 Jun 2021:Vol. 7, no. 25, eabg5285, DOI: 10.1126/sciadv.abg5285