Forscher gewinnen Einblicke in die Evolution von Farbmustern bei Fröschen und Kröten

Ein Forscherteam der NYU Abu Dhabi (NYUAD) hat neue Einblicke in die Evolution von Farbmustern bei Fröschen und Kröten entdeckt, die zusammen als Anuren bekannt sind. Tierische Farbmuster können ihnen helfen, sich mit ihrer Umgebung zu tarnen und zu vermeiden, von Beutetieren oder Raubtieren entdeckt zu werden. Viele Ameisenbären haben einen hellen Streifen entlang ihres Rückens, der von oben betrachtet die optische Täuschung erweckt, dass das Tier in zwei Hälften gespalten ist, und visuell orientierte Raubtiere verwirrt. Obwohl dieses Farbmuster bei Fröschen auf der ganzen Welt weit verbreitet ist, ist wenig über seine Evolution oder seinen genetischen Ursprung bekannt.

In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Molekularbiologie und Evolution, führten die Forscher des Evolutionary Genomics Lab an der NYUAD eine breit angelegte vergleichende Analyse durch, die über 2.700 Anuranarten umfasste, um das Verständnis der Evolutionsgeschichte des Wirbelstreifens zu fördern. Sie fanden heraus, dass sich der Wirbelstreifen hunderte Male entwickelt hat und für terrestrische Lebensräume ausgewählt wurde, in denen visuelle Raubtiere, die direkt von oben kommen – wie Säugetiere oder Vögel – häufiger vorkommen. Im Gegensatz dazu ging das Muster in arborealen Abstammungslinien – denjenigen, die in Bäumen leben – signifikant häufiger verloren als in anderen Lebensräumen. Während dieses Farbmuster für auf dem Boden lebende Frösche vorteilhaft ist, kann es für in Bäumen lebende Frösche nachteilig sein.

Um die genetische Grundlage des Musters zu verstehen, konzentrierten sich die Forscher auf die äthiopische Grasfroschart Ptychadena robeensis, die polymorph ist – was bedeutet, dass sie das Wirbelstreifenmerkmal in mehreren Formen aufweist – breit, dünn oder nicht vorhanden. Sie fanden heraus, dass das Gen ASIP mit dem Streifenmuster dieser Art verbunden ist. Diese genetische Variation beeinflusst das Expressionsniveau von ASIP in den verschiedenen Morphen, wobei eine höhere Expression zu einem breiten Streifen und eine niedrigere Expression zu einem dünnen Streifen führt.

Sie verglichen auch die Gene eng verwandter Froscharten und stellten fest, dass sie zwar dieselben Streifenmuster aufweisen, aber nicht die genetische Variation von P. robeensis aufweisen. Dies führte die Forscher zu dem Schluss, dass sich die in P. robeensis gefundenen Streifenallele erst kürzlich entwickelt haben. Die Forscher schlussfolgern weiter, dass sich der Wirbelstreifen bei Anuren schnell entwickelt, was es Arten ermöglichen könnte, sich an Umweltveränderungen oder variable Bedingungen anzupassen.

Diese Studie ist die erste großangelegte Studie zum adaptiven Wert des Anuran-Wirbelstreifens, dessen Evolutionsgeschichte bisher nicht gut verstanden wurde. Diese Studie stellt auch erstmals eine Verbindung zwischen dem ASIP-Gen und einem Farbmuster bei Anuren her. ASIP ist ein gut untersuchtes Gen bei Säugetieren, von dem bekannt ist, dass es mit der Melaninproduktion und Farbvariation in Verbindung steht. Die Tatsache, dass es mit Farbmustern bei Fröschen verbunden ist, eröffnet neue Forschungswege zu Anuran-Farbmustern und vergleichenden Studien bei Wirbeltieren.

„Unsere Ergebnisse belegen, dass der Wirbelstreifen bei Fröschen und Kröten ein großes Potenzial für die Evolutionsbiologie hat, da er ein klares Beispiel für wiederholte Evolution darstellt. Die Untersuchung dieses Farbmusters bei anderen Arten kann uns daher helfen zu verstehen, in welchem ​​​​Umfang die Evolution vorhersagbar ansetzt gleichen molekularen Pfaden, wenn sich identische Phänotypen unter ähnlichem Selektionsdruck entwickeln“, sagte Sandra Goutte, Ph.D., wissenschaftliche Mitarbeiterin am Evolutionary Genomics Lab der NYUAD. „Die Identifizierung der Rolle von ASIP bei der Färbung von Anuren durch unser Team kann auch zukünftige vergleichende Studien über Wirbeltiere hinweg leiten.“