Ökologische Artbildung: Modellierung mit durchschnittlicher Körpergröße nicht ausreichend
Die biologische Vielfalt wird von vielen Faktoren und Prozessen beeinflusst. Einer davon ist die ökologische Artbildung, das Entstehen einer oder mehrerer neuer Arten aufgrund unterschiedlicher evolutionärer Veränderungen in Populationen einer Art, die in verschiedenen Umgebungen leben. Ökologische Interaktionen, Wechselwirkungen zwischen Arten, verändern sich je nach Stadium des Lebenszyklus der Organismen dramatisch, was jedoch in den meisten Studien vernachlässigt wurde. Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen wurde im Rahmen des Projekts EcoEvoDevoNetwork ein Modellierungsrahmen entwickelt, der erstmalig explizit berücksichtigt, wie Organismen in verschiedenen Lebensstadien mit ihrer Umwelt und anderen Organismen interagieren. Die Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin Catalina Chaparro-Pedraza wurde von Carlos J. Melián an der Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz betreut und erkundete, wie evolutionäre, ökologische und entwicklungsbezogene Prozesse Netzwerke interagierender Organismen modulieren und auf welche Weise diese Prozesse Reaktionen auf Umweltveränderungen vermitteln.
Auf die Größe kommt es an: Entwicklungsstadium beeinflusst ökologische Artbildung
Ökologische Wechselwirkungen verändern sich im Lauf der Lebensdauer eines Organismus. So hängt beispielsweise der Ausgang von Begegnungen zwischen Konkurrierenden oder zwischen Beute und Raubtier vom Entwicklungsstadium der interagierenden Organismen ab. Diese wiederum können beeinflussen, wie Organismen ihre Umwelt erleben. Dazu erklärt Melián: „Die meisten Organismen, wenn nicht sogar alle, durchleben im Lauf ihres Lebens Veränderungen des Sterblichkeitsrisikos und der Fähigkeit, an Nahrung zu gelangen. Die zunehmende Körpergröße ist der wichtigste ökologische Aspekt der Entwicklung, da sie in hohem Maße die individuelle Ernährung, das Wachstum und die Fortpflanzung bestimmt.“ Daher diente innerhalb von EcoEvoDevoNetwork die Größe stellvertretend für das Entwicklungsstadium, um zu untersuchen, wie der Prozess der Artbildung durch die ökologischen Veränderungen beeinflusst wird, die Organismen im Verlauf ihres Lebens erfahren.
Ein neuartiger Modellierungsrahmen erfasst die Heterogenität der Entwicklungsstadien
Im gesamten Tierreich wurde immer wieder beobachtet, dass erwachsene Organismen eine größere Überlebenschance als Jungtiere der gleichen Art aufweisen. Kleinere oder jüngere Tiere sind im Allgemeinen anfälliger gegenüber Raubtieren, Hunger und extremen Umweltbedingungen als größere. Dank des neuartigen Rahmenwerks von EcoEvoDevoNetwork, das neben evolutionären und ökologischen Prozessen auch Entwicklungsprozesse einbezieht, konnte Chaparro-Pedraza eine Verbindung zwischen diesen weithin veröffentlichten Ergebnissen und der Artbildung herstellen. Im Zuge von EcoEvoDevoNetwork zeigte sich, dass diese weit verbreiteten Unterschiede in der Sterblichkeit zwischen Jungtieren und ausgewachsenen Tieren die Entstehung neuer Arten fördern können.
Jenseits des Lotka-Volterra-Modells
„In der Vergangenheit wurden in der Ökologie Ansätze verwendet, bei denen jede Art durch eine einzige Größe wie zum Beispiel die Artenabundanz charakterisiert wird. Das klassische Lotka-Volterra-Modell, das die Grundlage der meisten ökologischen Theorien bildet, ist ein Beispiel dafür. Es weist jedoch jede Art eine enorme Heterogenität auf, die größtenteils auf Unterschiede in den Entwicklungsstadien zurückzuführen ist. Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, das Leben nicht auf eine einzige Zahl zu reduzieren“, berichtet Chaparro-Pedraza. Mit EcoEvoDevoNetwork konnte nachgewiesen werden, dass Entwicklungsheterogenität das Ergebnis grundlegender Prozesse der biologischen Vielfalt wie etwa den Prozess der Artbildung wesentlich verändern kann. Die Einbeziehung des Entwicklungsstadiums in zukünftige Modelle dürfte neue Erkenntnisse über ökologische Interaktionen, biologische Vielfalt und evolutionäre Prozesse liefern.
Schlüsselbegriffe
EcoEvoDevoNetwork, Entwicklungs-, Entwicklungsstadium, Artbildung, biologische Vielfalt, Modellierung, evolutionär, ökologische Wechselwirkungen, Lotka-Volterra-Modell, ökologische Speziation, ökologische Theorie
