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Speciation in ants: Unraveling the genetic, epigenetic and molecular basis of speciation using wood ants

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Förderung biologischer Artenvielfalt durch interspezifische Hybridisierung

Bislang ging die Wissenschaft davon aus, dass die Hybridisierung zwischen Arten der biologischen Vielfalt eher entgegenwirkt. Neueren Studien zufolge könnte sich Hybridisierung jedoch nicht ausschließlich negativ auswirken, sondern vor allem genetische Variationen bei Folgegenerationen befördern. So können sie sich besser an Klimaveränderungen anpassen als die Elterngenerationen.

Klimawandel und Umwelt
Grundlagenforschung

Die Vielfalt biologischen Lebens auf der Erde ist enorm, angefangen bei mikroskopisch kleinen, kälteaffinen Bakterien tief im antarktischen Permafrost bis hin zu Sandfüchsen, die in den glühend heißen Wüsten Asiens leben. All diese Arten leben miteinander und beeinflussen sich gegenseitig im vulnerablen System der Biodiversität. Wie diese unermessliche Vielzahl von Arten jedoch entstand, ist aus evolutionärer Sicht noch immer ein großes Rätsel.

Beitrag genetischer Prozesse zur Artbildung

Ebenso wie Genmutationen und Genflüsse Treiber innerartlicher genetischer Variationen sind, fördert der Prozess der Speziation, d. h. die Abspaltung einer Gruppe innerhalb einer Art und Ausbildung eigener spezifischer Merkmale, die Entstehung neuer Arten. Obwohl die Forschung hierzu durchaus voranschreitet, konnte noch nicht geklärt werden, welche Gene für diese reproduktive Isolation verantwortlich sind und auf welche Weise sie aktiv sind. Jonna Kulmuni, Koordinatorin des über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierten Projekts SpecIAnt, deckte nun Hinweise auf einige der bislang ungeklärten genetischen Mechanismen der Artbildung bzw. Speziation auf. „Wenn wir genauer wüssten, wie neue Arten entstehen, könnten wir auch besser verstehen, warum Arten aussterben und was diesem Verlust biologischer Vielfalt entgegenwirken könnte“, erklärt sie.

Nicht alle Barrieren des Genflusses sind langfristig stabil

Die Arbeitsgruppe um Kulmuni erforschte genomische Aspekte von Speziation und Hybridisierung am Modellsystem der hügelbauenden Roten Waldameise. „Wie Daten aus zehnjährigen Populationsstudien zu Hybridarten und Elternarten zeigen, wirkt sich natürliche Selektion bei Männchen und Weibchen unterschiedlich stark aus. In unserer Studie stießen wir auf genomische Regionen bzw. Loci, die als Barriere fungieren und den Genfluss zwischen divergierenden Arten verhindern könnten. Anders als frühere Studien testeten wir jedoch die Langzeitstabilität dieser Regionen und waren überrascht, dass einige dieser genetischen Barrieren auch nach zehn Jahren noch nicht stabil sind: Dann wirkt die natürliche Selektion der Introgression (Übergang genetischen Materials einer Art in den Genpool einer anderen Art) nicht mehr entgegen, sondern begünstigt sie“, so Kulmuni.

Neue Erkenntnisse zu Treibern genetischer Vielfalt

In einem weiteren Schritt untersuchten Kulmuni und ihr Team, auf welche Umweltvariablen diese zeitliche Variation zurückgehen könnte. Insbesondere ging es um den Einfluss von Temperaturveränderungen auf genetische Variationen in einer Hybridpopulation aus zwei Waldameisenarten (Formica polyctena und Formica aquilonia). Hierzu wurden über einen Zeitraum von 14 Jahren genetische Langzeitdaten aus Populationsstudien ausgewertet. „In der Hybridpopulation fanden wir langfristige temperaturabhängige Variationen der Frequenzen beider elterlicher Allele bei männlichen Ameisen, nicht jedoch bei den Weibchen“, führt Kulmuni weiter aus. Die natürliche Selektion begünstige in kalten Jahren genetische Varianten in der nördlichsten Elternart, in warmen Jahren jedoch höhere Frequenzen bei Allelen der südlichsten Elternart. „Überraschenderweise lief die natürliche Selektion unseren Erwartungen entgegen und begünstigte Introgression bei Ameisenmännchen. Hybridisierung kann also ökologieabhängig geschlechtsspezifische Unterschiede befördern“, erläutert Kulmuni. Wie ein Projektbeitrag beschreibt, „galt Hybridisierung bislang als Prozess, der der Speziation entgegenwirkt. Unsere Ergebnissen zufolge könnte Hybridisierung die Biodiversität jedoch steigern: Sie fördert genetische Variationen, über die sich Ameisen an Temperaturveränderungen und insbesondere extreme Witterungsbedingungen anpassen können.“

Schlüsselbegriffe

SpecIAnt, Artbildung, Speziation, Hybridisierung, genetische Variation, natürliche Selektion, Biodiversität, Waldameise, Introgression

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