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Evolutionäre Anpassung, die genetischen Veränderungen durch natürliche Selektion, spielt eine zentrale Rolle darin, wie Pflanzen- und Tierpopulationen langfristig ihr Überleben sichern. Während die Wissenschaft diese Prozesse bei Züchtungen und im Labor gut versteht, ist weitgehend unklar, wie häufig und wie rasch sie unter natürlichen Bedingungen stattfinden. In Wildpopulationen konnten bisher nur sehr selten solche Beispiele aktuell laufender evolutionärer Anpassungen beschrieben werden.
Nicht grössere Schneemäuse sind fitter, sondern leichtere
Genau dies gelang dem Team von Erik Postma, Forschungsgruppenleiter am Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der UZH. Die Wissenschaftler untersuchten seit 2006 regelmässig eine Population von Schneemäusen (Chionomys nivalis) in ihrem alpinen Habitat oberhalb vom bündnerischen Churwalden in einer Höhe von rund 2000 m. Sie konnten zeigen, dass sich die Wühlmäuse innert weniger Generationen genetisch signifikant veränderten. «Entgegen unseren Erwartungen wurden die untersuchten Tiere nicht etwa grösser. Die evolutionäre Adaption führte dazu, dass die Mäuse kleiner und leichter wurden», sagt Erik Postma.
Grundsätzlich sind grössere Schneemäuse fitter: Sie verfügen über bessere Fähigkeiten, um zu überleben und sich zu vermehren. Trotz dieser positiven Korrelation auf der Ebene des Erscheinungsbildes (Phänotyp), zeigte sich auf der Ebene des Erbguts (Genotyp) ein umgekehrter kausaler Zusammenhang. «Jene Mäuse, deren genetische Ausstattung zu einem geringeren Körpergewicht führte, waren die fittesten; speziell in Jahren, in denen der erste Winterschnee früher als sonst fiel», führt der Biologe aus. Leichtere Jungtiere, so die Annahme, würden ihre endgültige Grösse früher erreichen, noch bevor sich das Wetter verschlechtert und der Winter einbricht.
Quantitative genetische Modelle zeichnen genaueres Bild der Selektion
Hätten die Wissenschaftler ihre Beobachtungen allein auf phänotypische Merkmale wie Körpergrösse und Gewicht beschränkt, wäre dieses seltene Beispiel von «Evolution in Aktion» in freier Natur verborgen geblieben. Denn im selben Jahrzehnt schrumpfte gleichzeitig die Anzahl Schneemäuse in der Population, sodass pro Tier mehr Nahrung zur Verfügung stand. Diese ökologische Veränderung bewirkte, dass das durchschnittliche Gewicht aller Mäuse konstant blieb, und kompensierte damit die genetische Veränderung. Erst die Unterscheidung der Rolle der Gene und jener der Umwelt ermöglichte den Biologen den Blick hinter diese phänotypische «Maskierung».
Anhand von DNA-Proben rekonstruierten sie zuerst den Stammbaum der Mäusepopulation und damit die verwandtschaftlichen Verhältnisse der Tiere. Dann ermittelten sie mittels statistischen Modellen und quantitativer Genetik die Veränderungsrate jener Gene, die für das Körpergewicht verantwortlich sind. Dieses Vorgehen offenbarte einen Selektionsdruck zugunsten von Jungtieren, die früher ihre maximale Körpergrösse erreichen. «Wir gehen davon aus», ergänzt Erik Postma, «dass die klimatische Veränderung – mehrere hintereinander folgende Jahre mit frühem Schneefall – der Grund für diese evolutive Anpassung des Körpergewichts ist.»
Evolutive Anpassung durch Klimaveränderungen wurde bisher unterschätzt
Weder der Selektionsdruck noch die evolutionäre Anpassung hätten mit den gängigen Methoden identifiziert werden können. Denn die Mehrzahl der Studien die untersuchen, wie natürliche Populationen auf Umweltveränderungen reagieren, konzentriert sich vorwiegend auf die Veränderungen des Phänotyps. Das Fehlen der genetischen Perspektive dürfte bei Wildpopulationen häufig zu einem mangelhaften Verständnis führen, wie Ursachen und Konsequenzen natürlicher Selektion zusammenhängen. Denn in freier Natur werden diese Prozesse von zahlreichen Faktoren mitbeeinflusst. Gerade im Hinblick auf die raschen, von Menschen verursachten klimatischen Veränderungen dürfte die Wichtigkeit evolutiver Adaption von Pflanzen- und Tierpopulationen bisher unterschätzt worden sein.
Literatur:
Timothée Bonnet, Peter Wandeler, Glauco Camenisch, Erik Postma. Bigger Is Fitter? Quantitative Genetic Decomposition of Selection Reveals an Adaptive Evolutionary Decline of Body Mass in a Wild Rodent Population. PLOS Biology. January 25, 2017. DOI:10.1371/journal.pbio.1002592