Ein kleiner Fisch gewährt Einblicke in die genetische Grundlage der Evolution
Basel – Eine Erbgutanalyse bei Stichlingen zeigt, dass sich isolierte Populationen in einer ähnlichen Umgebung vergleichbar entwickeln. Die Grundlagen dazu sind bereits im Erbgut der genetischen Vorfahren angelegt. Dies berichten Evolutionsbiologen der Universität Basel und der Universität Nottingham in der Zeitschrift «Evolution Letters».
In der Natur sind viele Beispiele zu finden, bei denen die Evolution mehrfach und unabhängig voneinander dieselben Eigenschaften hervorgebracht hat. Die gleichartige Anpassung an ähnliche Umweltbedingungen ist bei vielen Tier- und Pflanzenarten dokumentiert, wenn oft auch nur auf der Ebene der äusseren Merkmale. In welchem Mass ähnliche Populationen im Lauf ihrer Entstehung auch dieselben Genvarianten benutzt haben, ist jedoch noch kaum bekannt.
Eine neue Studie gewährt nun neue Einblicke in die genetischen Grundlagen einer solchen parallelen Evolution. Dafür haben Forschende der Universität Basel und der Universität Nottingham das Erbgut von Dreistachligen Stichlingen untersucht.
Dieser Fisch ist bei Evolutionsbiologen beliebt, da er sich vielseitig an verschiedene Lebensräume angepasst hat. Hinzu kommt, dass der gemeinsame Vorfahre von Süsswasserpopulationen – der ursprünglich im Meer lebende Stichling – heute noch existiert, was einen Blick auf die genetische Ausgangslage ermöglicht.
Isolierte Populationen entwickeln dieselben Eigenschaften
Auf der schottischen Insel North Uist kommen die Stichlinge in Gewässern vor, deren pH-Werte sich stark unterscheiden. Während die im Westen gelegenen Seen basisches Wasser enthalten, sind die Hochmoorseen im Osten sauer und nährstoffarm.
Untersuchungen an je fünf Populationen aus den westlichen und östlichen Seen zeigten, dass sich die Fische unabhängig voneinander, aber auf vergleichbare Weise an ihren basischen oder sauren Lebensraum angepasst haben. So weisen etwa alle fünf Populationen in den sauren Seen ein stark reduziertes Skelett und Zwergwuchs auf – wahrscheinlich als Anpassung an Nährstoffmangel.
Varianten im Erbgut des Vorfahren angelegt
Neben den gemeinsamen äusserlichen Merkmalen konnten die Forscher auch nachweisen, dass die Veränderungen im Genpool sehr ähnlich verlaufen sind: Die Populationen desselben Lebensraumtyps zeigten in Dutzenden von Regionen des Erbguts die gleichen genetischen Varianten. Damit lässt sich auch absehen, wo im Erbgut es unter dem Einfluss eines bestimmten Habitats zu Veränderungen kommt – die Evolution wird gleichsam vorhersagbar.
Genanalysen des marinen Urahns zeigten weiter auf, dass die Genvarianten, die für die Anpassung an saure oder an basische Gewässer von Vorteil sind, durchwegs schon im Vorfahr vorhanden sind. Ähnliche Lebensformen entstanden hier also nicht zufällig, sondern unabhängig voneinander durch eine zu erwartende Sortierung von vorteilhaften genetischen Varianten, die bereits im Genom zur Verfügung standen. (Universität Basel/mc/ps)
Originalbeitrag
Quiterie Haenel, Marius Roesti, Dario Moser, Andrew D. C. MacColl, and Daniel Berner
Predictable genome-wide sorting of standing genetic variation during parallel adaptation to basic versus acidic environments in stickleback fish
Evolution Letters (2019), doi: 10.1002/evl3.99
