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Ancient hookups between different species may explain Lake Victoria’s stunning diversity of fish

Hybridisierung zwischen verschiedenen Arten könnte die erstaunliche Fischvielfalt des Lake Victoria erklären

Veröffentlicht in: Pflanzen und Tiere
doi: 10.1126 / science.aav0560

Autor

Elizabeth Pennisi
9. August 2018

In den seichten Gewässern des Viktoriasees, dem größten tropischen See der Welt, schwimmen rund 500 Arten von Buntbarschen mit einer schwindelerregenden Vielfalt an Erscheinungen, Lebensräumen und Verhaltensweisen. Genomische Studien haben gezeigt, dass sie in nur 15.000 Jahren aus einigen angestammten Arten entstanden sind, ein Tempo, das die Forscher verblüfft hat, dass so viel genetische Variation sich so schnell entwickelt haben könnte. Die umfangreiche Sequenzierung von Cichliden aus der Umgebung des Viktoriasees deutet darauf hin, dass ein Großteil der Cichliden zu Beginn in den Vorfahren der Cichliden vorkam. Uralte und neuere Wanderungen zwischen Buntbarscharten aus mehreren Wassereinzugsgebieten führten offenbar zu genetisch unterschiedlichen Hybriden, die sich schnell an das Leben in den vielen Nischen des Sees anpassen konnten.

Die Arbeit, die letzte Woche beim Treffen der Ursprünglichen adaptiven Strahlung hier veröffentlicht wurde, ist "eine Tour de Force, mit vielen Beweislinien", sagt Marguerite Butler, eine funktionelle Morphologin an der Universität von Hawaii in Honolulu. Es verbindet andere Forschung, die darauf hindeutet, dass die Hybridisierung eine starke Kraft in der Evolution ist . "Was Hybridisierung macht, ist es, die guten Sachen zusammenpacken zu lassen", sagt Butler.

Einige Cichliden des Lake Victoria knabbern Pflanzen; andere ernähren sich von Wirbellosen; Große fressen andere Fische; Liebhaber des Bodensees konsumieren Detritus. Arten variieren in der Länge von einigen Zentimetern bis etwa 30 Zentimeter; kommen in einer Reihe von Formen, Farben und Mustern; und wohnen in verschiedenen Teilen des Sees. Mutationen kommen normalerweise nicht schnell genug vor, um eine solche Vielfalt so schnell zu produzieren. "Es ist wirklich schwer herauszufinden, was vor sich geht", sagt Rosemary Gillespie, eine evolutionäre Biologin an der Universität von Kalifornien, Berkeley.



Der Viktoriasee ist die Heimat von Hunderten von Cichlidenarten, die sich sowohl im Aussehen als auch im Verhalten unterscheiden. (CLOCKWISE FROM LEFT): TIM ALEXANDER (2); MORITZ MUSCHICh

Ole Seehausen, ein Evolutionsbiologe an der Universität Bern, der seit mehr als 25 Jahren Cichliden erforscht, fragte sich, ob Hybridisierung den genetischen Rohstoff hätte erzeugen können. In früheren Forschungen sammelte sein Team Cichliden aus den Flüssen und Seen rund um den Viktoriasee und sequenzierte die DNA jeder Spezies, um einen Stammbaum zu erstellen. Sein Verzweigungsmuster deutete darauf hin, dass die Cichliden des Viktoriasees eng mit einer Art aus dem Kongo-Fluss und einer aus der Wasserscheide des Upper Nile River verwandt sind, berichtete die Gruppe letztes Jahr in Nature Communications .

Ein genauer Blick auf all ihre Genome ließ vermuten, dass die beiden Flussarten schon vor langer Zeit miteinander hybridisierten. Seehausen schlug vor, dass während einer warmen Periode vor etwa 130.000 Jahren das Wasser aus den Zuflüssen des Malagarasi-Flusses, der selbst ein Nebenfluss des Kongo ist, zeitweise in den Viktoriasee floss und Kongo-Fisch in Kontakt mit Upper-Nile-Fischen brachte.

Um die genetische Geschichte der Cichliden genauer zu erforschen, haben Seehausen und die Postdocs Matt McGee, Joana Meier und David Marques jetzt 450 ganze Cichliden-Genome sequenziert, die viele Arten von 150 Arten aus den Seen der Region und aus dem Kongo, Upper Nile, und andere nahe gelegene Wasserscheiden. Hinweise in den Genomen deuten darauf hin, dass mehrere Mischvorgänge stattgefunden haben. Trockenzeiten haben wiederholt dazu geführt, dass der Viktoriasee verschwunden ist, und Seehausen und sein Team schlagen vor, dass Fische in den verbleibenden Wasserstraßen unabhängig voneinander entwickelt werden, bis sie in den feuchteren Perioden wiedervereinigt werden. Dieser "Spalt-Fusion-Spalt" -Prozess stellte jedes Mal die genetische Vielfalt wieder her.

Vor ungefähr 15.000 Jahren kamen drei Fischgruppen, selbst Produkte der alten Hybriden, im Viktoriasee zusammen, als sie wieder gefüllt wurden. Ihre Vorfahren lieferten die "ständige Variation", die die natürliche Selektion nutzen konnte, um den Fischen zu helfen, sich an eine große Anzahl von Nischen anzupassen und so die Cichlidenprämie zu erzeugen, die heute zu sehen ist. "Hybridisierung könnte sich als der stärkste Motor neuer Arten und neuer Anpassungen erweisen", sagt Seehausen.

"Es ist überwältigend", sagt Dolph Schluter, ein evolutionärer Biologe an der Universität von British Columbia in Vancouver, Kanada. "Alle Variationen, die für die Artbildung erforderlich sind, gibt es bereits" in den Hybriden.

Studien von anderen Arten deuten auch darauf hin, dass die Variation des Stands die Evolution beschleunigen kann. Biologen versuchen zu verstehen, wie sich die marinen Stichlinge so schnell an das Leben im Süßwasser gewöhnen, dass eine entscheidende Genvariante in den marinen Vorfahren der Fische bereits vorhanden war - in geringen Prozentsätzen. Bei dem Treffen boten die Forscher ähnliche Geschichten über die Diversifizierung der Standvariationen, die den Beginn der Diversifizierung ermöglichten, so dass sich beispielsweise langflügelige Käfer auf den Galápagosinseln zu kurzgeflügelten entwickeln konnten. "Ich habe noch nie so viele Gespräche gesehen, bei denen man Beweise dafür hat, dass Gene aus alter Variation übernommen wurden und die weitere Entwicklung dadurch irgendwie erleichtert wird", sagt Schlüter.

Andrew Hendry, ein evolutionärer Biologe an der McGill Universität in Montreal, Kanada, warnt Kollegen, neue Mutationen in der schnellen Diversifizierung von Arten nicht vollständig zu verwerfen: "Was mir nicht klar ist, ist, ob [die Rolle der antiken Hybridisierung] ein allgemeines Phänomen ist", sagt er .

Unabhängig davon: "Die Implikationen für den Naturschutz sind dramatisch", sagt Oliver Ryder, der im San Diego Zoo in Kalifornien die Bemühungen um konservatorische Genetik leitet. Bedrohte Arten werden derzeit als reproduktiv isolierte Einheiten bewirtschaftet, und Naturschützer zögern, Populationen zu züchten, indem sie das bedrohte Tier mit verwandten Arten oder Populationen züchten. Vor acht Jahren jedoch, ein umstrittenes Programm, das Florida panthers mit Texas Pumas passte, half, das erstere vom Aussterben zu retten. Studien wie Seehausen, sagt Ryder, legen nahe, dass Hybridisierung auf lange Sicht wichtig ist, um das evolutionäre Potenzial einer Art zu erhalten.

Veröffentlicht in: Pflanzen und Tiere
doi: 10.1126 / science.aav0560