Seit den Tagen von Charles Darwin glauben Evolutionsbiologen allgemein, dass sich die meisten neuen Arten bilden, weil sie sich an unterschiedliche Umgebungen angepasst haben – aber eine neue Studie der University of Toronto legt etwas anderes nahe.
Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaftwirft Licht auf das, was Forscher als „blinden Fleck“ in unserem Verständnis der Entstehung neuer Arten bezeichnet haben.
„Wir haben festgestellt, dass Arten sich tatsächlich beständig an ähnliche Umweltbelastungen anpassen“, sagt Sean Anderson, der zusammen mit Professor Jason Weir das Papier verfasst hat, während er seinen Ph.D. an der U of T Scarborough. „Sie machen eine klassische darwinistische Anpassung durch, aber sie tun es nicht in sehr unterschiedlichen Umgebungen.“
Während allgemein anerkannt wird, dass Populationen physisch getrennt werden müssen, um sich zu neuen Arten zu entwickeln, sagen Forscher, was während dieser Isolation passiert, war unklar. Jahrzehntelang war die vorherrschende Theorie die ökologische Speziation – dass sich Gruppen entwickeln, weil sie in andere Umgebungen migrieren und Belastungen ausgesetzt sind, denen der Rest ihrer Spezies nicht ausgesetzt ist, seien es neue Nahrungsquellen oder Raubtiere. Umweltmerkmale, die als divergente Anpassung bezeichnet werden, treiben dann die natürliche Selektion voran, die zur Bildung einer neuen Art führt. Ein Beispiel sind die Darwinfinken, die Schnäbel entwickelten, die besser für Samen als für Insekten geeignet waren.
Aber es ist auch üblich, Arten zu sehen, die sich so weit entwickelt haben, dass sie sich nicht mehr mit ihren nächsten Verwandten fortpflanzen können, aber dennoch die meisten der gleichen Merkmale wie ihre Gegenstücke teilen. Das gab den Forschern die Vermutung, dass die Umgebungen, in denen die Evolution stattfand, zwar geografisch weit entfernt, aber möglicherweise nicht so unterschiedlich waren. Es ist eine etablierte, aber weniger akzeptierte Erklärung, die als parallele Anpassung bekannt ist.
„Ideen der divergenten Anpassung wurden in erheblichem Maße von der Untersuchung von Modellorganismen dominiert – den Arten, die diese großen ökologischen Unterschiede aufweisen“, sagt Anderson. „Wir wollten sehen, welche Muster wir finden können, indem wir so viele Arten wie möglich untersuchen.“
Die Forscher verwendeten den größten und breitesten Datensatz unterschiedlicher Merkmale, die bei Arten und ihren nächsten Verwandten – sogenannten Schwesterpaaren – gefunden wurden, die jemals zusammengestellt wurden. Sie erstellten auch ein statistisches Modell, das erstmals abschätzen kann, ob sich eine Art unter paralleler oder divergenter Anpassung entwickelt hat. Über fast 3.000 Schwesterpaare von Vögeln, Säugetieren und Amphibien hinweg haben sich die Arten überwiegend unter ähnlichen großflächigen Umweltbelastungen entwickelt.
„Wir haben diese wirklich konsistente Signatur gefunden, bei der die parallele Anpassung zu dominieren scheint – und es spielt keine Rolle, welche Merkmale Sie sich ansehen, es ist in fast jeder Gruppe von Artenpaaren gleich“, sagt Anderson beendet jetzt seine Postdoktorandenforschung an der University of North Carolina in Chapel Hill. „Wir waren überrascht, wie konsequent diese Signatur war.“
Anderson sagt, dass Arten in einigen Fällen ähnliche Merkmale entwickeln, während sie sich auf genetischer Ebene verändern. Das kann dazu führen, dass sie zu verschiedenen Arten werden.
„Es ist oft nicht nur ein Druck – Arten sind einer ganzen Reihe ähnlicher Belastungen ausgesetzt“, sagt Anderson. „Und die äußere Umgebung ist nicht das einzige, was eine Spezies vor Herausforderungen stellen kann. Ihr eigenes Genom kann dies tun, indem es Dinge wie egoistische genetische Elemente produziert.“
Die Ergebnisse könnten weitreichende Auswirkungen haben, da Theorien darüber, was die Entstehung von Arten verursacht, Biologen dabei helfen, Rückschlüsse auf die Biodiversität zu ziehen. Wenn sich die meisten Arten unter unterschiedlichen Anpassungen entwickeln, erfordert der Aufbau von Biodiversität vielfältige Lebensräume mit unterschiedlichen Ressourcen und Herausforderungen. Aber wenn es sich um eine parallele Anpassung handelt, hängt die Biodiversität von der geografischen Entfernung und der Zeit ab.
„Ich hoffe, dass dies bewirken wird, dass die Menschen nicht unbedingt davon ausgehen, dass eine divergierende Anpassung die Speziation vorantreibt“, sagt Anderson. „Diese Ergebnisse könnten auch die Art und Weise verändern, wie wir die Entwicklung der Biodiversität und die Faktoren betrachten, die wir für am wichtigsten halten.“
Mehr Informationen:
Sean AS Anderson et al, Die Rolle der divergenten ökologischen Anpassung während der allopatrischen Speziation bei Wirbeltieren, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abo7719