23.07.2018, GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
Das Geheimnis der Höhlenkrebse entschlüsselt
Neue Studie zeigt eine genetische Verbindung zwischen seltenen Höhlenkrebsen in Israel und Italien
Nur wenige Zentimeter große Höhlenkrebse von Arten, die in verschiedenen Höhlen in Israel und Italien vorkommen, sind verwandt, obwohl sie seit Millionen von Jahren isoliert leben. Das konnte jetzt ein Team von Forschenden vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und israelischen Einrichtungen mit Hilfe genetischer und geologischer Analysen nachweisen. Die Studie erscheint heute in der Fachzeitschrift PeerJ.
Höhlenbewohner leben in einer anderen Welt – in völliger Dunkelheit, bei geringen Temperaturschwankungen und hoher Luftfeuchte – eine sehr spezielle und abgeschiedene Welt, in der Arten, die sich an diese Verhältnisse angepasst haben, oft lange überleben. Zu ihnen gehören auch vier Arten der blinden Höhlenkrebse Typhlocaris, die nur in einzelnen, grundwasserführenden Karsthöhlen rund um das Mittelmeer zu finden sind. Zwei dieser nur wenige Zentimeter großen Arten sind in Israel – Typhlocaris galilea in einer Höhle in Tabgha, in der Nähe des Sees Genezareth, und Typhlocaris ayyaloni in der Ayalon Höhle, die 2006 in der Küstenebene von Israel entdeckt wurde, beheimatet. Die beiden anderen Arten finden sich in einem Höhlensystem in der Nähe von Lecce im Südosten Italiens sowie in einer Höhle in der Nähe von Bengasi in Libyen. Eine Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Israel und vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel konnten nun mit Hilfe genetischer und geologischer Untersuchungen eine enge Verwandtschaft einer Art in Israel und der in Italien nachweisen. Die Studie erscheint heute in der Fachzeitschrift PeerJ.
„Die Typhlocaris-Arten sind ‚lebende Fossilien‘, Nachkommen einer Art, die vor Millionen von Jahren im prähistorischen Tethysmeer existierten“, erläutert Dr. Tamar Guy-Haim, vom GEOMAR und dem National Institute of Oceanography in Haifa, Israel, Hauptautor der Studie. „Sie haben sich seitdem unter isolierten Bedingungen in einem einzigartigen Ökosystem erhalten, das von der Außenwelt abgeschnitten ist“, so Guy-Haim weiter. Im Gegensatz zu den meisten Ökosystemen, die auf Sonnenlicht als Energiequelle für Pflanzen basieren, funktionieren diese in Höhlen chemoautotroph und basieren auf sulfidoxidierenden Bakterien als Nahrungsquelle. Die Typhlocaris-Krebse sind in den Höhlen die Topräuber und ernähren sich vor allem von kleinen Krebsen, die wiederum von den Sulfidbakterien leben.
„Durch den Vergleich genetischer Marker haben wir herausgefunden, dass eine der israelischen Arten, Typhlocaris ayyaloni, der mehr als tausend Kilometer entfernt lebenden Art aus Italien – Typhylocaris salientina, genetisch näher ist, als die andere israelische Art, Typhlocaris galilea, die nur 120 Kilometer entfernt lebt“, erläutert Prof. Yair Ahituv von der Bar-Ilan Universität, Israel, Ko-Autor der Studie.
Um diese überraschende genetische Verwandtschaft zu erklären, datierten die Forscher die Artendivergenz basierend auf dem Alter einer geologischen Formation im Bereich der Höhle in Galiläa. Demnach wurde Typhlocaris galilea vor sieben Millionen Jahren während der Hebung des zentralen Bergrückens in Israel von den anderen Arten getrennt. Vor etwa 5.7 Millionen Jahren, zu der Zeit der sogenannten Messinischen Salinitätskrise, als das Mittelmeer fast vollständig ausgetrocknet war, divergierten dann die israelische Art Typhlocaris ayyalon und die italienische Typhylocaris salientina in zwei getrennte Arten.
Darüber hinaus berechneten die Forscher die Evolutionsraten von Typhlocaris und anderen höhlenbewohnenden Krebstieren und stellten fest, dass sie im Vergleich zu Krebstieren, die nicht in Höhlen leben, besonders niedrig waren. Die Forscher vermuten, dass die einzigartigen Bedingungen in den Höhlen – Stabilität der Umweltbedingungen (wie Temperatur), Lichtmangel und niedrige Stoffwechselraten – zu einer Verlangsamung des Tempos der evolutionären Veränderungen führen.
Die Typhlocaris-Arten sind als gefährdet eingestuft und in der Roten Liste der IUCN (Internationale Union zur Bewahrung der Natur und natürlicher Ressourcen) aufgeführt. Die Höhlen, in denen sie leben, sind durch Verschmutzung, Brackwasserinfiltration durch intensive Grundwasserförderung und Klimawandel starken Veränderungen ausgesetzt. In Israel wurde deshalb ein Zuchtprogramm für Typhlocaris ins Leben gerufen, um die Art für den Fall zu erhalten, dass alle Bemühungen scheitern, die natürliche Population zu sichern.
Originalpublikation:
Guy-Haim, T., N. Simon-Blecher, A. Frumkin, I. Naaman and Y. Achituv, 2018: Multiple transgressions and slow evolution shape the phylogeographic pattern of the blind cave-dwelling shrimp Typhlocaris. PeerJ, 6:e5268, doi:10.7717/peerj.5268
24.07.2018, Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig
Viel Lebensraum für Braunbären in Europa
Große Chance für europäische Braunbären: Eine neue Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) zeigt, dass es in Europa viele Gebiete gibt, in denen keine Bären mehr leben, die sich aber grundsätzlich wieder als Lebensraum eignen würden. Nachdem sich die potentiellen Lebensbedingungen für Bären in vielen europäischen Staaten verbessert haben sei es wahrscheinlich, dass künftig Tiere in einige dieser Gebiete einwanderten, so der Studienleiter. Wichtig sei es nun, vorausschauend Maßnahmen zu ergreifen, um Konflikte zwischen Bären und Menschen zu vermeiden.
Vor 500 Jahren gab es noch fast überall in Europa Braunbären. Doch in den folgenden Jahrhunderten wurden sie vielerorts ausgerottet, so auch in Deutschland. Gründe für den Rückgang der Bären waren der Verlust an Lebensraum und Bejagung. Heute leben noch rund 17.000 Tiere in Europa, verteilt auf zehn Populationen und 22 Staaten. Einige dieser Populationen sind aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Größe gefährdet.
Große Chance für den Artenschutz
In den vergangenen Jahren wurde die Jagd auf Braunbären in Europa verboten oder stark eingeschränkt. Künftig könnten sich Bären wieder ausbreiten. Denn eine neue Studie unter der der Leitung des Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) zeigt: Es gibt noch viele Gebiete in Europa, in denen es derzeit zwar keine Bären gibt, die sich aber grundsätzlich als Lebensraum für Bären eignen würden. Von über einer Million Quadratkilometern geeignetem Lebensraum in Europa sind rund 37 % nicht besiedelt, was einer Fläche von rund 380.000 Quadratkilometern entspricht. In Deutschland gibt es 16.000 Quadratkilometer potentiellen Bären-Lebensraum. Allerdings sind die Wahrscheinlichkeiten einer Wiederbesiedlung durch den Bären sehr unterschiedlich. In Deutschland zum Beispiel sind geeignete Lebensräume außerhalb der Alpen geografisch isoliert, so dass dort eine natürliche Rückkehr des Bären unwahrscheinlich ist.
„Dass es noch geeigneten Lebensraum für Braunbären gibt, ist eine große Chance für den Artenschutz“, sagt Studienleiter Dr. Néstor Fernández vom Forschungszentrum iDiv und der Universität Halle. Bereits heute beobachten Wissenschaftler, dass sich rund 70 % der Populationen in Europa erholen, und es ist anzunehmen, dass Bären in noch unbesetzte Gebiete einwandern werden. „Auch in Deutschland ist es sehr wahrscheinlich, dass einige Gebiete früher oder später wieder von Braunbären besiedelt werden, vor allem in der Alpenregion“, so Fernández. Es besteht also begründete Hoffnung, dass Bären 200 Jahre nach ihrer Ausrottung in Deutschland wieder heimisch werden.
Vorausschauendes Handeln wichtig
Für viele Menschen wäre dies wahrscheinlich eine gute Nachricht. „In den vergangenen Jahren hat sich die Einstellung der Bevölkerung gegenüber Wildtieren sehr gewandelt. Heute stehen viele Menschen der Rückkehr großer Säugetiere positiv gegenüber“, sagt Fernández. Dass die Einwanderung von Bären dennoch auch zu Konflikten mit menschlichen Aktivitäten führen kann, sei eine Tatsache, die es frühzeitig zu bedenken gebe. Solche Konflikte entstehen vor allem dann, wenn Bären Feldfrüchte fressen oder Bienenstöcke beschädigen, gelegentlich reißen sie auch Schafe. Direkte Angriffe von Bären auf Menschen passieren hingegen äußerst selten. Die Bären selbst gehen Menschen gewöhnlich aus dem Weg.
Mit der Karte, die Fernández und seine Kollegin Anne Scharf (Max-Planck-Institut für Ornithologie) erstellt haben, lässt sich abschätzen, in welchen Gebieten Bären wieder leben könnten. Dies könnte der Politik helfen, mögliche Konflikte frühzeitig zu erkennen und diesen mit gezielten Maßnahmen entgegenzuwirken. So sollte man zum Beispiel Ausgleichszahlungen daran koppeln, dass vorab Schutzmaßnahmen ergriffen wurden, erklärt Fernández. Solche Schutzmaßnahmen können das Aufstellen von Stromzäunen sein, die Bewachung von Äckern oder Viehweiden durch Schutzhunde sowie der Dialog mit der Bevölkerung. Ein Blick auf die Karte macht zudem deutlich: Bären halten sich nicht an Staatsgrenzen. „Daher wäre ein gemeinsames Management des Braunbären sowie anderer Wildtiere auf europäischer Ebene wünschenswert“, sagt Fernández. Derzeit ist die Gesetzgebung in Bezug auf Schutz und Bejagung der Bären von Staat zu Staat sehr unterschiedlich, und auch die Zahlung von Entschädigungen ist verschieden geregelt.
Europaweite Karte
Für ihre Studie haben Scharf und Fernández die Ergebnisse von sechs vorangegangenen Arbeiten berücksichtigt. Diese hatten sich jeweils auf ein begrenztes Gebiet konzentriert, in dem Bären leben, und für dieses analysiert, welche Ansprüche die Tiere an ihren Lebensraum haben. Indem die Wissenschaftler die Ergebnisse dieser lokalen Studien zusammenführten, konnten sie ein Computermodell erstellen, mit dem sie für ganz Europa mögliche weitere Lebensräume für Bären bestimmten. Die Voraussagen dieses Modells sind zuverlässiger, als wenn nur Daten aus einer Region auf ganz Europa übertragen würden. Ihre Ergebnisse haben Scharf und Fernández am 09. Juli 2018 in der Fachzeitschrift Diversity and Distributions publiziert.
Originalpublikation:
Anne K. Scharf und Néstor Fernández (2018): Up-scaling local-habitat models for large-scale conservation: Assessing suitable areas for the brown bear comeback in Europe. Diversity and Distributions.
Doi: https://doi.org/10.1111/ddi.12796
25.07.2018, Universität Bielefeld
Blattläuse manipulieren ihre Nahrung
Bielefelder Wissenschaftlerinnen forschen zu Nischenkonstruktion
Blattläuse – Wen haben die vielen kleinen Insekten nicht schon einmal geärgert? Wieso vermehren sie sich so erfolgreich auf Pflanzen? Damit beschäftigt sich eine Forschungsgruppe um Professorin Dr. Caroline Müller von der Fakultät für Biologie der Universität Bielefeld. Die Wissenschaftlerinnen haben herausgefunden, dass Blattläuse die Qualität ihrer Nahrung beeinflussen können und so möglicherweise ihre eigene Nische auf ihrer Wirtspflanze konstruieren. Müllers Forschungsgruppe ist im Transregio-Sonderforschungsbereich „NC3“ angesiedelt, der sich mit Tieren und ihren individuellen Nischen befasst.
Ihr Forschungsergebnis hat sie heute (25.07.2018) in dem Journal „New Phytologist“ veröffentlicht.
Es gibt Hunderte verschiedene Arten von Blattläusen. Alle ernähren sich von Pflanzensaft, dem sogenannten Phloemsaft. Der Nährwert, der im Pflanzensaft steckt, wird durch die Zuckerkonzentration sowie die Aminosäurekonzentration und -zusammensetzung bestimmt. Bislang war nicht bekannt, wie sich die Qualität des Pflanzensafts verschiedener Pflanzenteile nach Blattlausbefall verändert, wie diese veränderte Qualität die Entwicklung von Blattläusen beeinflusst und wie andererseits die Blattläuse die Zusammensetzung des Pflanzensafts verändern können.
Müller und ihrem Team ist es nun erstmals gelungen nachzuweisen, dass Blattlausbefall tatsächlich die Zusammensetzung des Pflanzensaftes Art-spezifisch je nach Pflanzenabschnitt verändert. So führt ein Befall der Knospenstiele mit einer bestimmten Blattlausart dazu, dass sich die Zusammensetzung der Zucker und organischen Säuren verändert. Dagegen erhöht ein Befall der alten Blätter mit einer anderen Blattlausart die Aminosäurekonzentration. Und ein weiteres Phänomen ließ sich feststellen: „Wir konnten beobachten, dass die Blattlausart, die sich am besten an den Knospenstielen entwickelte und die andere Art die sich am stärksten an alten Blättern vermehrte, jeweils spezifisch in dem entsprechenden Pflanzenteil die Qualität des Pflanzensaftes erhöhten “, sagt Ruth Jakobs, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Fakultät für Biologie. Blattläuse konstruieren sich also ihre eigene Nische so, dass sie von ihr profitieren. „Wir können davon ausgehen, dass sich Blattläuse ähnlich verhalten wie beispielsweise Biber, die sich in ihren selbstgebauten Dämmen niederlassen“, erklärt Müller.
Zu ihrem Ergebnis gelangten die Biologinnen, indem sie Blattläuse auf unterschiedliche Pflanzenabschnitte des Rainfarns – den Stiel an der Knospe, ein junges Blatt und ein altes Blatt setzten und dort das Populationswachstum der Tiere bestimmten. Darüber sammelten die Biologinnen den Pflanzensatz und analysierten dessen Zusammensetzung chemisch.
Der Transregio SFB NC³
Warum wählen Tiere ganz individuell ihren eigenen, unverwechselbaren Platz im Ökosystem, ihre ökologische Nische? Wie passen sie sich an sie an? Wann formen sie ihre Nische selbst? Und wie können wir diese Prozesse verstehen? Das sind die zentralen Fragen des Transregio-Sonderforschungsbereichs (SFB/TRR) 212 mit dem Kurznamen „NC³“. Darin verknüpfen die Universitäten Bielefeld, Münster und Jena Verhaltensbiologie und Evolutionsforschung mit theoretischer Biologie und Philosophie. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert NC³ seit Januar 2018 für zunächst vier Jahre mit rund 8,5 Millionen Euro. Sprecher ist Verhaltensforscher Professor Dr. Oliver Krüger von der Universität Bielefeld.
Originalpublikation:
doi: 10.1111/nph.15335
26.07.2018, Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns
Vegetarische Vorfahren – Neue Einsichten zur Evolution des Höhlenbären
Im Spätpleistozän (vor 125.000 bis vor 12.000 Jahren) lebten zwei Bärenarten in Europa: der allesfressende Braunbär (Ursus arctos) und der heute ausgestorbene, vegetarisch lebende Höhlenbär (Ursus spelaeus s.l.). Durch die unterschiedliche Ernährung besetzten die beiden Bärenarten vermutlich unterschiedliche ökologische Nischen, dadurch konnten sie im gleichen Lebensraum koexistieren. Über den Vorläufer des Höhlenbären, den Deninger Bären (Ursus deningeri), dessen Fossilien extrem selten sind, ist bisher wenig bekannt.
Eine Forschergruppe aus Deutschland und Spanien um Anneke van Heteren von der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM), hat nun anhand von Schädelmerkmalen entdeckt, dass die Ernährung des Deninger Bären der des Höhlenbären bereits sehr ähnlich war. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Historical Biology publiziert. Bis jetzt war nicht viel bekannt über die Evolution des Höhlenbären und darüber, wie er Vegetarier wurde. „Fossilien der Vorfahren des Höhlenbären sind so selten, dass es sehr schwierig ist, sie zu erforschen“, sagt Elena Santos, Koautorin und Forscherin an den Universitäten von Burgos und Madrid. Die einzige heute noch lebende rein vegetarische Bärenart ist der bekannte Riesenpanda, der sich ausschließlich von Bambus ernährt.
Die charakteristische Form des Schädels, Unterkiefers und der Zähne des Höhlenbären weist auf seine vegetarische Ernährung hin. Um die Evolution des Höhlenbären zu verstehen, haben die Forscher die seltenen Fossilien von Ursus deningeri in einem CT-Gerät gescannt und nachträglich digital das Sediment „entfernt“, ohne das Risiko eingehen zu müssen, die seltenen Fossilien zu beschädigen. Mit einer statistischen Methode, die sogenannte geometrische Morphometrie, verglichen die Forscher an Hand von Messpunkten die dreidimensionale Form von Unterkiefern und Schädeln des Deninger Bären mit denen des Höhlenbären und der modernen Bärenarten. „Die Analysen zeigten, dass Unterkiefer und Schädel des Deninger Bären denen des Höhlenbären sehr ähnelten. Dies gibt uns den Hinweis, dass sie an die gleiche Ernährung angepasst und primär vegetarisch waren.“, erklärt Anneke van Heteren, Leiterin der Säugetiersektion an der ZSM und Hauptautorin des Artikels,
„In welchem Ausmaß der Höhlenbär vegetarisch war, wird noch immer diskutiert. Gerade deshalb ist diese neue Information über die Ernährung seines direkten Vorfahren sehr bedeutend und lehrt uns, dass der Unterschied zwischen der Ernährung von Höhlen- und Braunbären schon vor mindestens 500.000 Jahren etabliert war, wahrscheinlich sogar noch früher“, sagt Mikel Arlegi, Doktorand an den Universitäten von Baskenland und Bordeaux.
Die Studie zeigt auch morphologische Unterschiede zwischen den Deninger Bären der Iberischen Halbinsel und denen des übrigen Europas. Diese Formunterschiede betreffen den Unterkiefer, sind aber wahrscheinlich nicht mit der Ernährung verbunden. Die Forscher haben hierfür drei mögliche Erklärungsversuche parat: 1) die Iberischen Bären sind chronologisch jünger als die anderen, 2) die Pyrenäen haben als natürliche Barriere zu einer genetischen Differenzierung der Iberischen Bären und der europäischen Bären geführt, 3) es gab mehrere Abstammungslinien, von welchen entweder nur eine zu den Höhlenbären geführt hat, oder jede Abstammungslinie führte zu einer eigenen Gruppe von Höhlenbären. “Um diese drei Hypothesen zu überprüfen, benötigen wir allerdings mehr Fossilien“, erklärt Asier Gómez-Olivencia, Ikerbasque-Forscher an der Universität von Baskenland.
Originalpublikation:
van Heteren AH, Arlegi M, Santos E, Arsuaga J-L, Gómez-Olivencia A. 2018. Cranial and mandibular morphology of Middle Pleistocene cave bears (Ursus deningeri): implications for diet and evolution. Historical Biology.
DOI: 10.1080/08912963.2018.1487965
https://doi.org/10.1080/08912963.2018.1487965
27.07.2018, Universität Konstanz
Ist Evolution vorhersagbar?
Konstanzer Biologen weisen parallele Evolution in nicaraguanischem Kratersee nach
Angenommen, wir könnten die Zeit zurückdrehen und die Evolution von vorn beginnen lassen: Würden sich dieselben Arten bilden, die wir heute kennen? Mit anderen Worten: Wiederholt sich Evolution? Ist die Entstehung von Arten und deren evolutionäre Anpassung vorhersagbar? Biologen der Universität Konstanz fanden nun deutliche Hinweise auf eine sich wiederholende, sogenannte „parallele“ Evolution zumindest in kürzeren Zeitspannen von rund 1.500 Jahren. Das Forscherteam um den Konstanzer Evolutionsbiologen Prof. Dr. Axel Meyer untersuchte genetische und phänotypische Veränderungen von sieben unterschiedlichen Buntbarsch-Arten, die in Nicaragua dieselben Kraterseen besiedelten. Das Ergebnis: Alle sieben Fischarten zeigen parallele evolutionäre Anpassungen an den gemeinsamen Lebensraum. Im Mittelpunkt der Untersuchung stand die Anpassung des Auges der sieben Fischarten an die Lichtbedingungen der Kraterseen. Die Forschungsergebnisse wurden am 17. Juli 2018 im Forschungsmagazin „Evolution Letters“ online frei verfügbar veröffentlicht.
Die sieben untersuchten Fischarten stammen ursprünglich aus den beiden großen Seen Nicaraguas und besiedelten von dort aus mehrere kleinere Kraterseen. Für die Evolutionsbiologie ist dies ein ideales Untersuchungsfeld: Schließlich können hier die jüngeren Fischpopulationen der Kraterseen mit ihren Artgenossen aus den älteren Populationen, die in den großen Seen Nicaraguas geblieben sind, verglichen werden.
Im Auge des Barsches
Während die großen Seen trübes Wasser haben, das wenig Licht durchlässt, sind die Kraterseen kristallklar. Die Fischarten, die in diese Kraterseen übersiedelten, fanden sich daher in veränderten Lichtbedingungen wieder: „Die Lichtbedingungen sind verschoben von langwelligem, rötlichem Licht hin zu kurzwelligem, blauem Licht“, schildert Andreas Härer, Hauptautor der Studie. „Wir haben die Vorhersage getroffen, dass die Fische ihre visuelle Sensitivität hin zu kürzeren Wellenlängen verändern werden – und das ist exakt, was wir vorgefunden haben“, führt Härer aus. In den evolutionären Anpassungen des Auges an die veränderten Lichtbedingungen fanden die Biologen ein hervorragendes „natürliches Experiment“ unter den Buntbarschen. Schließlich mussten sich alle sieben untersuchten Fischarten, so unterschiedlich sie auch sind, an diesen einen gemeinsamen Faktor anpassen: ans Licht.
Sieben Opsine
„Wir haben alle Gene, die in der Retina des Fischauges aktiv sind, bestimmt. Wir filterten daraufhin die Opsine heraus, die für das Farbsehen zuständig sind“, erläutert Andreas Härer. Ein Opsin ist ein Protein des Sehpigments. Menschen besitzen nur drei verschiedene Opsine, eines für Rot, eines für Grün, eines für Blau. Buntbarsche verfügen hingegen über sieben verschiedene Opsine und damit über eine größere Vielfalt, um Farben wahrzunehmen. „Typischerweise verwenden sie ebenfalls nur drei davon, aber wenn die Lichtbedingungen sich ändern, können sie ein anderes Set an Opsinen verwenden“, so Härer.
Wie also verlagert sich das jeweilige Set an Opsinen, das die Fische nutzen, durch die veränderten Lichtbedingungen des Kratersees? „Welche Opsine sich im Einzelnen verändert haben, unterscheidet sich zwar zwischen den unterschiedlichen Arten – aber alle veränderten sich in dieselbe Richtung, hin zu kürzeren Wellenlängen. Netto gesehen ist das Bild einheitlich“, zieht Andreas Härer sein Fazit. Bildlich gesprochen: In ihrem „evolutionären Fahrplan“ nutzen die Arten im Detail zwar unterschiedliche Routen, aber das Ziel ist dasselbe. Gleiche Lebensräume haben bei sieben unterschiedlichen Fischarten zu gleichartigen evolutionären Anpassungen des Auges geführt.
Prognosen für die Evolution
Ob sich die Evolution nun exakt wiederholen mag, wenn wir die Zeit Milliarden Jahre zurückspulten, lässt sich nur mutmaßen. Die Konstanzer Evolutionsbiologen können aber zeigen, dass wir für kürzere Zeitspannen von mehreren tausend Jahren sehr wohl Vorhersagen treffen können, wie sich Arten wiederholt und in ähnlicher Weise an neue Umweltbedingungen anpassen werden. „Wir haben folglich die Möglichkeit, die Veränderungen, die zu erwarten sind, vorherzusehen. Zum Beispiel in Bezug auf den Klimawandel erlauben Studien wie unsere, genauere Prognosen zu liefern, wie sich Arten anpassen werden“, zeigt Andreas Härer das größere Bild auf.
Das Forschungsprojekt findet im Rahmen des ERC Advanced Grants „Comparative genomics of parallel evolution in repeated adaptive radiations“ von Prof. Dr. Axel Meyer statt, das vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit 2,5 Millionen Euro gefördert wird.
Originalpublikation:
Originalpublikation: Andreas Härer, Axel Meyer, Julián Torres-Dowdall: Convergent phenotypic evolution of the visual system via different molecular routes: How Neotropical cichlid fishes adapt to novel light environments. Evolution Letters. Juli 2018. https://doi.org/10.1002/evl3.71
27.07.2018, Veterinärmedizinische Universität Wien
Wichtiger Aging-Mechanismus mit Fischmodell Nothobranchius furzeri entlarvt
Nothobranchius furzeri, der afrikanische Killifisch, ist wegen seiner kurzen Lebensdauer, sich schnell manifestierender Alterserscheinungen und eines entschlüsselten Genoms ein perfekter Modellorganismus für die Erforschung von Alterungsprozessen. Forschende der Vetmeduni Vienna und Meduni Wien konnten dadurch zeigen, dass die für die Zellzyklusregulation wichtigen Histon-Deazetylasen bei alternden Fischen immer weniger produziert werden. Diesen Aging-Mechanismus bestätigte das Team parallel auch an Mäusen. Dass epigenetische und damit reversible Veränderungen identifiziert wurden, könnte ein Schlupfloch für die Entwicklung von Wirkstoffen sein.
Welche Mechanismen unserer Körperzellen uns altern lassen und wie man diesen entgegenwirken könnte, beschäftigt den Menschen seit langer Zeit. Speziell den Histon-Deazetylasen, HDACs, wird aufgrund ihrer Funktion in der Zellzyklusregulation eine wichtige Rolle im zellulären Alterungsprozess sowie bei der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen zugesprochen. Diese Zusammenhänge untersuchte nun ein Forschungsteam um Sabine Lagger von der Abteilung für Labortierpathologie der Vetmeduni Vienna in Kollaboration mit Gordin Zupkovitz und Oliver Pusch an der Meduni Wien und bestätigte einen eindeutigen Mechanismus am extrem kurzlebigen Killifisch von der Embryonal- bis in die letzte Lebensphase.
Zellzyklushemmer ersetzt positive Regulationsenzyme beim Altern
Der kurzlebige, türkise Prachtgrundkärpfling, auch Killifisch oder wissenschaftlich Nothobranchius furzeri genannt, ist seit einigen Jahren der aufstrebende Modellorganismus der Altersforschung und wird seit 2014 in der österreichweit einzigen Killifisch-Facility an der Meduni Wien erforscht. Seine kurze Lebensspanne von zirka vier Monaten ist dabei nicht das einzige Argument. Denn N. furzeri zeigt auch eindeutige Altershinweise wie Demenz und sein Genom ist vollständig entschlüsselt. Dieses „Gesamtpaket“ erlaubt es, zelluläre Vorgänge beim Altern quasi im Zeitraffer zu analysieren.
„Wir untersuchten die Expression der Histon-Deazetylasen, da diese Proteine oft in Zusammenhang mit Alterungsprozessen gebracht werden“, erklärt Lagger. Die HDACs sind in Vorgänge involviert, wie das Erbgut zu einem bestimmten Zeitpunkt ablesbar ist. Die DNA liegt in den Zellen nicht frei vor, sondern ist um komplexe Proteinstrukturen gewickelt. Es ist also in gewisser Weise strategisch verpackt. „Einige Stellen können etwa mit bestimmten chemischen Verbindungen so modifiziert sein, dass sie eben ablesbar sind oder nicht. Welche Stellen freigegeben sind und welche nicht, hängt von äußeren Faktoren, wie Umweltbedingungen oder Stress, oder körpereigenen Prozessen, wie dem Altern, ab“, so die Erstautorin.
Die Analysen des Teams zeigten, dass sich bei alternden Killifischen die Expressionszahl der HDACs stetig reduzierte. Der Rückgang an verfügbaren HDACs hatte die Konsequenz, dass mit dem Protein p21 ein sogenannter Zellzyklusinhibitor stärker in den Zellen produziert wurde. Diese Dynamik konnten die Forschenden auch im Mausmodell bestätigen. „Die Regulation verlief völlig analog zu der, die wir im Killifischmodell gefunden hatten. Das lässt sogar den Schluss auf einen evolutionär konservierten Mechanismus des zellulären Alterns zu“, so Lagger.
Epigenetischer Hintergrund könnte Tür für Wirkstoffstrategie öffnen
Die Auswahl der HDACs und der bestätigte Zusammenhang mit dem Alterungsprozess sind außerdem interessant, da dies die epigenetische Regulation des Zellzyklus betrifft. „Bei epigenetischen Veränderungen handelt es sich nicht um irreversible Mutationen, die Einfluss nehmen. Sie sind im Gegensatz zu direkten Veränderungen des Codes des Erbguts umkehrbar. Das könnte ein Ansatz für die Entwicklung von Wirkstoffen sein, die etwa den von uns gezeigten Mechanismus gezielt aufhalten können“, schließt Lagger.
Originalpublikation:
Der Artikel „Histone deacetylase 1 expression is inversely correlated with age in the short-lived fish Nothobranchius furzeri“ von Gordin Zupkovitz, Sabine Lagger, David Martin, Marianne Steiner, Astrid Hagelkruys, Christian Seiser, Christian Schöfer und Oliver Pusch wurde in Histochemistry and Cell Biology veröffentlicht.
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00418-018-1687-4
