Wie die ungewöhnliche Verbindung zwischen Fangschreckenkrebsen und Muscheln ein biologisches Prinzip verletzt

Einer Studie der University of Michigan zufolge kann es sein, dass Muscheln, die darauf wetten, mit einem Mörder zusammenzuleben, ihnen das Glück verlassen.

Eine seit langem bestehende Frage in der Ökologie ist, wie so viele verschiedene Arten gleichzeitig und am selben Ort koexistieren oder zusammenleben können. Eine einflussreiche Theorie, das sogenannte Konkurrenzausschlussprinzip, geht davon aus, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt immer nur eine Art eine bestimmte Nische in einer biologischen Gemeinschaft besetzen kann.

Doch in der freien Natur entdecken Forscher zahlreiche verschiedene Arten, die scheinbar zur gleichen Zeit dieselben Nischen besetzen, in denselben Mikrohabitaten leben und dieselbe Nahrung zu sich nehmen.

Teal Harrison, Doktorandin der Ökologie und Evolutionsbiologie an der UM, und ihr Betreuer Diarmaid Ó Foighil untersuchten einen solchen Fall: eine hochspezialisierte Gemeinschaft von sieben Meeresmuschelarten, die in den Höhlen ihrer Wirtsart, einer räuberischen Fangschreckenkrebsart, lebten.

Sechs dieser sieben Muschelarten, die sogenannten Jojo-Muscheln, heften sich mit einem langen Fuß an die Höhlenwände der Garnelen und springen wie ein Jojo vor Gefahren davon. Die siebte Muschelart, eine enge Verwandte der Jojo-Muscheln, hat eine ausgeprägte Nische innerhalb der Höhle, indem sie sich direkt am Körper der Wirts-Mantis-Garnele festhält und nicht wie ein Jojo springt. Die Forscher fragten sich, wie diese ungewöhnliche Muschelgemeinschaft bestehen bleibt.

„Wir haben diese bemerkenswerte Situation, dass all diese Muschelarten nicht nur denselben Wirt teilen, sondern dass sich die meisten von ihnen auch auf diesem Wirt entwickelt oder in Arten umgewandelt haben. Wie ist das möglich?“, fragte Ó Foighil, ebenfalls Kurator für Weichtiere am UM Museum of Zoology.

Als Harrison Feldproben dieser Muschelarten in Fangschreckenkrebshöhlen durchführte, widersprach das, was sie fand, den theoretischen Erwartungen: Alle Höhlen, die mehrere Muschelarten enthielten, bestanden ausschließlich aus den Höhlenwandmuscheln der Art Yoyo. Und als in einem Laborexperiment die am Wirt befestigte Muschelart zur Mischung hinzugefügt wurde, töteten die Fangschreckenkrebse alle Höhlenwandmuscheln.

Dies widerspreche den theoretischen Erwartungen, sagen die Forscher. Nach dem Prinzip der Konkurrenzausgrenzung sollten Arten, die sich so entwickeln, dass sie in unterschiedlichen Nischen leben, häufiger zusammenleben als Arten, die dieselbe Nische besetzen. Aber Harrisons Daten, veröffentlicht im Journal PeerJlassen darauf schließen, dass die Entwicklung einer neuen, an den Wirt gebundenen Nische paradoxerweise zu einer ökologischen Ausgrenzung und nicht zu einem Zusammenleben dieser Kommensalenmuscheln geführt hat.

„Teal hatte zwei unerwartete Ergebnisse. Eines davon war, dass die Art, die eigentlich mit den Yoyo-Muscheln zusammen vorkommen sollte, dies nicht tut. Und das zweite unerwartete Ergebnis war, dass der Wirt außer Kontrolle geraten kann“, sagte Ó Foighil. „Das Interessante daran ist, dass der einzige Überlebende eine Muschel war, die am Körper der Fangschreckenkrebse klebte. Sie tötete alles, was sich an der Höhlenwand befand. Sie ging sogar aus der Höhle hinaus und tötete eine, die herausgewandert war.“

Das Prinzip der Konkurrenzausgrenzung sagt voraus, dass die sechs Yoyo-Muschelarten (die sich die Nische in der Höhlenwand teilen) Wirtshöhlen seltener gemeinsam besetzen als die (nischendifferenzierten) wirtsgebundenen Muschelarten. Harrison prüfte diese Vorhersage, indem er eine Feldzählung der Populationen in der Indian River Lagoon in Florida durchführte. Dabei wurden Wirtsmantis-Garnelen vorsichtig mit der Hand gefangen und ihre Höhlen mithilfe einer Köderpumpe aus Edelstahl nach Muscheln beprobt.

Harrison baute dann im Labor künstliche Höhlen, in denen sie das Verhalten kommensaler Muscheln mit und ohne Fangschreckenkrebswirt aus nächster Nähe studieren konnte. Weniger als drei Tage nach dem Aufbau waren fast alle Muscheln in der Höhle des Fangschreckenkrebses tot.

„Es war sehr surreal“, sagte Harrison. „Ehrlich gesagt ist mir nicht einmal aufgefallen, dass sie gefressen wurden, weil es so weit von dem entfernt war, was ich erwartet hatte. Es sind Kommensalen, sie leben in freier Wildbahn mit diesen Fangschreckenkrebsen zusammen, und wir konnten unmöglich wissen, ob dieses Verhalten in freier Wildbahn bereits so auftritt oder nicht. Ich habe es einfach nicht erwartet.“

Harrison war am Boden zerstört. Ó Foighil war aufgeregt.

„Teal war verständlicherweise verzweifelt, als das Experiment nach all ihrer harten Arbeit ‚scheiterte‘, aber ich war aufgeregt“, sagte Ó Foighil. „Wenn man in der Wissenschaft ein völlig unerwartetes Ergebnis erhält, sagt einem das möglicherweise etwas völlig Neues und Wichtiges.“

Die Forscher sagen, dass der Ausschlussmechanismus – der das gemeinsame Vorkommen von Muscheln in Höhlenwänden und am Wirt befestigten Muscheln verhindert – derzeit unklar ist. Ein Grund könnte sein, dass sich Muscheln in Höhlenwänden im Larvenstadium in anderen Wirtshöhlen ansiedeln als die am Wirt befestigten Muscheln. Es könnte sich aber auch um ein unterschiedliches Überleben in Höhlengemeinschaften handeln, die sowohl Muscheln in Höhlenwänden als auch am Wirt befestigte Muscheln aufweisen – das heißt, dass möglicherweise diese gemischte Muschelpopulation eine tödliche Reaktion im Wirt auslöst, sagte Ó Foighil.

Die nächsten Schritte der Forscher sind, zu untersuchen, was passiert ist. Es könnte ein Artefakt des Laboraufbaus gewesen sein, sagte Ó Foighil. Oder es könnte den Forschern sagen, dass die kommensale Verbindung der Yoyo-Muscheln in der Höhlenwand und des räuberischen Wirts unter bestimmten Bedingungen „katastrophal zusammenbrechen“ kann, sagte er.

„Es war ziemlich cool, einen Befund zu haben, der im Widerspruch zu unseren auf der Evolutionstheorie basierenden Erwartungen stand. Und er widersprach nicht nur unseren theoretischen Erwartungen, sondern geschah auch auf so dramatische Weise“, sagte Harrison.

Die Forscher haben zwei Folgestudien vorgeschlagen. Die erste soll feststellen, ob beide Arten von Kommensalen als Larven in denselben Wirtshöhlen rekrutieren können. Die zweite soll prüfen, ob die Fangschreckenkrebse selbst der Übeltäter sind: Ändert sich ihr Raubverhalten, wenn die an den Wirt gebundene Art in ihre Höhle eingeführt wird?

Zu den Co-Autoren der Studie gehören Ryutaro Goto von der Universität Kyoto, der diese Arbeit als Postdoktorand im Labor von Ó Foighil initiierte, und Jingchun Li von der University of Colorado, ebenfalls ein ehemaliger Doktorand im Labor von Ó Foighil.