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Macroevolutionary Rates by Integrating Phylogenomics and Ancestral character States - A study on Neotropical butterfly evolution.

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Kampf gegen das rasante Artensterben: DNA-Analysen zur Klassifizierung des Artenreichtums bei Schmetterlingen

Intensive Bemühungen sind derzeit der Bestimmung von Millionen noch nicht wissenschaftlich erfasster und kurz vor dem Aussterben stehender Insekten gewidmet. Ein peruanischer Forscher sollte im Rahmen des Projekts MARIPOSAS Schmetterlinge in den amerikanischen Tropen mittels DNA-Analyse klassifizieren und deren Evolution über Jahrmillionen Jahre hinweg erforschen.

Grundlagenforschung

Trotz akribischer Bemühungen ist es Generationen von Sammlern und Wissenschaftlern noch nicht gelungen, alle existierenden Schmetterlingsarten ordnungsgemäß zu benennen und zu bestimmen. Eine multidisziplinäre Forschergruppe an der schwedischen Universität Göteborg klassifizierte nun mit hochmodernen DNA-Analysen in Rekordzeit Arten, die zwei Schmetterlingsfamilien zugeordnet werden. MARIPOSAS, dessen spanischer Projektname übersetzt „Schmetterlinge“ bedeutet, identifizierte und benannte zwei neue Schmetterlingsarten und belegte bei anderen Unterarten zudem den Status als eigenständige Arten. Unterstützt wurde das Vorhaben durch das Marie-Curie-Programm. „In nur einem Laborexperiment konnten wir allein 40 Gigabyte an DNA-Informationen über 150 einzelne Schmetterlinge zusammentragen“, zeigt sich der peruanische Projektleiter Dr. Pável Matos begeistert. Die achtköpfige Forschergruppe arbeitete dabei mit hochdurchsatzfähigen NGS-Methoden (Sequenzierung der nächsten Generation), einer DNA-Analysetechnik, die nach dem Jahr 2000 entwickelt wurde und in einem einzigen Durchgang genomweite Daten Dutzender von Individuen liefert. Bisherige DNA-Technologien waren zeitaufwändiger und sehr viel teurer. Mit den Methoden, die hier zur Analyse der Schmetterlingsfamilien Hesperiidae und Nymphalidae verwendet wurden, könnten nun bald auch Millionen weiterer Insekten bestimmt und benannt werden. Bisher ist rund eine Million Insektenarten wissenschaftlich erfasst, was Entomologen zufolge aber nur ein Bruchteil aller auf der Erde lebenden Insekten ist. „Höchstens 20 % aller Insekten weltweit sind offiziell erfasst und benannt“, sagte Dr. Matos. „Treffen diese Angaben zu, steht die Forschung noch vor der gigantischen Aufgabe, die unglaubliche Vielfalt dieser Insekten zu enthüllen.“ Was bedeutet ein Name? Dem Team um Dr. Matos gelang nun ein wichtiger Schritt in diese Richtung, indem es Fachwissen aus den Bereichen Schmetterlingstaxonomie, Ökologie, Systematik, Biogeografie und Molekularbiologie zusammenführte. Ziel war dabei vor allem, Art und Unterart zu unterscheiden: eine der größten Herausforderungen in der biologische Forschung. Eine klassische Definition des Begriffs „Art“ ist etwa, dass sich verschiedene Arten nicht kreuzen können. Wie die DNA-Analysen jedoch zeigten, ist dieses Kriterium allein nicht ausreichend, um eine Art zu definieren, denn es sind Fälle bekannt, in denen sich verschiedene Arten kreuzen. Die Forscher analysierten die Daten mit dem mathematischen MSC-Modell (Multispecies Coalescent Model), das aus DNA-Daten Populations- und Artenaufspaltungen berechnen kann. Allerdings kann es die Anzahl der Arten auch überschätzen, sodass die Forscher dies mit taxonomischen Angaben kombinierten, d. h. bereits vorliegenden Schmetterlingsklassifikationen und -merkmalen. Grundlage dieser Ergebnisse waren auch die sorgfältigen Feldforschungen, die Dr. Matos in seinem Heimatland Peru für die Probensammlung durchführte. Dabei arbeitete er mit einem Netzwerk von Kollegen in den sehr artenreichen Ländern Panama und Brasilien zusammen. Er analysierte vorhandene Proben, die Forscher in den amerikanischen Tropen zusammengetragen hatten und konnte so 30 Jahre alte DNA aus Schmetterlingen extrahieren. „Dies eröffnet Möglichkeiten zur Erforschung der evolutionären Entwicklung von Schmetterlingen, etwa aus Kuratoriumssammlungen, denn bestimmte Arten sind heute nur noch sehr selten“, sagt er. Damit ist nun der Weg für verstärkten Artenschutz geebnet, auch konnte Dr. Matos in diesem Zusammenhang den Einfluss früherer Umweltveränderungen auf die Artenvielfalt genauer beleuchten. Schmetterlinge reagieren empfindlich auf Veränderungen ihrer Habitate und des Klimas und ziehen dann auch in andere Gebiete weiter. Er warnt: „Die Artenvielfalt geht alarmierend zurück. Daher müssen wir uns beeilen, um diesen unbekannten Artenreichtum zu erschließen, bevor er vollständig von der Erde verschwindet.“

Schlüsselbegriffe

MARIPOSAS, Schmetterlinge, Arten, Unterarten, Multispecies Coalescent Model (MSC), Hesperiidae, Nymphalidae, Next-Generation-Sequenzierung, Hochdurchsatz-Sequenzierung

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