Forscher entdecken genetische Stabilität in einer langfristigen Hybridzone von Manakins in Panama

Wir denken oft, dass Arten getrennt und verschieden sind, aber manchmal können sie sich kreuzen und Hybriden bilden. Wenn dies in einem bestimmten Gebiet ständig geschieht, bildet sich eine sogenannte Hybridzone. Diese Zonen können hochdynamisch oder bemerkenswert stabil sein, und ihre Untersuchung kann wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie sich Artengrenzen entwickeln – oder manchmal auch verschwimmen.

In einer neuen Studie veröffentlicht In Evolutionbeschreiben Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign eine Hybridzone zwischen zwei Manakin-Arten in Panama, die in den letzten 30 Jahren insgesamt relativ stabil geblieben ist.

Hybriden, die aus Kreuzungen verschiedener Arten hervorgehen, sind keine Seltenheit. Man denke beispielsweise an das Maultier (Pferd-Esel) oder den Liger (Löwe-Tiger). Viele dieser klassischen Beispiele für Hybriden sind jedoch typischerweise unfruchtbar und existieren nur als Kreuzungen der ersten Generation. Im Gegensatz dazu existiert an der westlichen Grenze Panamas, gegenüber dem Karibischen Meer, eine langfristige Hybridzone zwischen zwei Vogelarten, dem Goldhalspipra und dem Weißhalspipra.

Frühere Untersuchungen, die vor fast 30 Jahren in dieser Hybridzone durchgeführt wurden, ergaben, dass sich das genomische Zentrum – wo das Genom der Population zu fast 50 % aus DNA der Weißhalsvögel und zu 50 % aus DNA der Goldhalsvögel besteht – nicht mit der phänotypischen Übergangszone überschneidet, dem Bereich, in dem die Population optisch von einem eher goldhalsigen Gefieder zu einem eher weißhalsigen wechselt. Die vorherige Studie hatte ergeben, dass diese beiden Bereiche etwa 60 km voneinander entfernt sind, und bis vor kurzem war unklar, ob es im Laufe der Jahre irgendwelche Veränderungen gegeben hatte.

Kira Long, eine ehemalige Doktorandin in Jeff Brawns Labor, heute Postdoktorandin an der University of Idaho, und ihr Team beschlossen, die aktuelle Population der Manakins in der Hybridzone mit denen aus der vorherigen Studie vor etwa 30 Jahren zu vergleichen. Auf diese Weise könnten die Forscher feststellen, ob sich das genomische Zentrum oder die phänotypische Übergangszone im Laufe der Zeit verschoben hat und wie stabil die genomischen und phänotypischen Merkmale in der Population sind.

„Derzeit sehen die Hybriden im Genomzentrum phänotypisch fast identisch aus wie die Goldhalspiprasseln“, erklärte Long. „Sie haben den goldgelben Hals und den dunkelgrünen Bauch der Goldhalspiprasseln. Das Verrückte ist, dass diese Hybriden die genetisch stärkste Mischung zwischen weißen und goldenen Halspiprasseln aufweisen, aber dennoch fast identisch aussehen wie die goldenen Halspiprasseln, während die Vögel, die optisch am gemischtesten aussehen, genetisch überwiegend weiße Halspiprasseln aufweisen.“

Zu Longs Team gehören die Illinois-Forscher Jeff Brawn, emeritierter Professor für Naturressourcen und Umweltwissenschaften, Julian Catchen (CIS/GNDP), außerordentlicher Professor für Integrative Biologie, und sein ehemaliger Doktorand Angel Rivera-Colón sowie Mitarbeiter der University of Maryland College Park und der Smithsonian Institution.

Über vier Jahre hinweg sammelte und entnahm das Team Blutproben von über 600 Manakinen in verschiedenen Gebieten der Hybridzone. Die Blutproben wurden mithilfe von RADseq sequenziert, um Tausende von genomischen Markern im gesamten Genom zu untersuchen. Diese wurden dann mit Proben von Museumsexemplaren verglichen, die in der Smithsonian Institution aufbewahrt werden und in der ursprünglichen, älteren Studie verwendet wurden. Das Team maß auch phänotypische Merkmale der in freier Wildbahn gefangenen und historischen Vögel, von denen bekannt ist, dass sie sich zwischen Manakinen mit Goldhalsband und Manakinen mit Weißhalsband unterscheiden, darunter Federfärbung und -länge.

Nach dem Vergleich der historischen und der in der Wildnis gefangenen Vogelgenome stellten die Forscher fest, dass sich das genomische Zentrum der Population seit etwa 30 Jahren nicht verschoben hatte. Weniger als 3 % der getesteten genomischen Marker hatten sich im Laufe der Zeit verändert. Darüber hinaus war auch die phänotypische Übergangszone stabil geblieben, wobei sich nur ein Merkmal – die Bauchfarbe – im Laufe der Zeit um etwa 10 km verschoben hatte.

„Das bedeutet, dass man, wenn man vor 30 Jahren an den gleichen Ort ginge, als sich die Hybridzone phänotypisch wandelte, Vögel mit mehr gelben Bäuchen sehen würde, während man heute an der gleichen Stelle Vögel mit mehr olivfarbenen Bäuchen sehen würde“, sagte Long. „Die Hybridbäuche werden mit der Zeit im Wesentlichen dunkler. Das könnte bedeuten, dass es in den Populationen, in denen sich die Hybride ausbreitet, eine Art Selektion zugunsten der grünen Bäuche gibt.“

Hybriden sind im Tierreich je nach den gemischten Arten unterschiedlich erfolgreich. Laut Long gibt es beispielsweise eine Hybridzone von Pappeln, die äußerst stabil ist und sich nur während der Zwischeneiszeit langsam bewegt. Hybriden vieler Arten sind oft weniger fit als die Elternarten, da ihre Merkmale zu mittelmäßig sind. Manchmal können Hybriden dies jedoch ausnutzen und Erfolg haben, indem sie Umweltnischen nutzen, die zwischen den Optimums der Elternarten liegen.

Laut Long scheint es der Population der Hybrid-Manakins gut zu gehen, was erklären könnte, warum die Hybridzone so stabil ist. Obwohl es Hinweise auf einen geringeren Schlupferfolg bei den Hybriden gibt – die Long zufolge in ihrem nächsten Artikel veröffentlicht werden – merkt sie an, dass die Natur im Wesentlichen die genetischen Kombinationen zwischen den Weißhals- und Goldhals-Manakins herausfiltert, die nicht funktionieren. Sobald sie geschlüpft sind, scheint das Überleben der Hybriden dem der Elternart ähnlich zu sein, und sie scheinen keine Probleme zu haben, Partner zu finden, so Long.

Die nächsten großen Schritte für dieses System sind, herauszufinden, ob die Wahl der Weibchen die Auswahl bestimmter Hybridphänotypen beeinflusst, und die zugrunde liegende genomische Architektur dieser Merkmale zu bestimmen, sagte Long. Dies könnte Aufschluss darüber geben, warum Hybride typischerweise der Art mit dem goldenen Halsband ähneln und warum sich die Übergangszone für die Bauchfarbe verschiebt, während andere phänotypische Merkmale bei Hybriden relativ stabil bleiben.

„Man geht davon aus, dass die Weibchen die Farbe des goldenen Halsbandes bevorzugen, und das könnte der Grund dafür sein, dass sich die eher olivfarbene Bauchfarbe, die ein Merkmal der Goldhalsmanakine ist, bei den Hybriden ausbreitet“, sagte Long. „Wir haben indirekte Beweise dafür, aber es wurde nie formell getestet, also wäre es großartig, dieses letzte Puzzleteil zu bekommen.“