In einer Studie, veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschrittehat ein internationales Forscherteam 28 Genregionen identifiziert, die für die Evolution der Darwinfinken besonders wichtig waren. Diese genetischen Varianten stellen keine kürzlichen Mutationen dar, sondern stellen eine angestammte genetische Variation dar, die sich im Laufe der Zeit angesammelt hat, als sich verschiedene Arten von Darwinfinken mit auffälligen Unterschieden in der Schnabelmorphologie entwickelt haben.
Adaptive Radiationen sind Gruppen eng verwandter Arten, die sich innerhalb relativ kurzer Zeit, oft nachdem ein neues geografisches Gebiet kolonisiert wurde, in Ökologie und Morphologie von einer gemeinsamen Vorfahrenart diversifiziert haben. Darwins Finken sind ein ikonisches Beispiel dafür, bei dem sich 18 Arten in den letzten Millionen Jahren entwickelt haben, nachdem die Vorfahrenarten auf Galápagos angekommen sind. Eine wichtige Frage in der Evolutionsbiologie ist, wie eine so schnelle Evolution stattfinden kann.
Darwins Finken haben sich in einer relativ ungestörten Umgebung entwickelt: Der Archipel liegt etwa 1.500 Kilometer westlich des südamerikanischen Festlandes. Dauerhafte menschliche Siedlungen gab es erst in den letzten 100 Jahren, und keine Art von Darwinfinken ist aufgrund menschlicher Aktivitäten ausgestorben.
Diversifizierung der Schnabelmorphologie
Eine wichtige evolutionäre Veränderung bei diesen Vögeln ist die Diversifizierung der Schnabelmorphologie, die es verschiedenen Arten ermöglicht hat, unterschiedliche Nahrungsressourcen zu nutzen, darunter Samen verschiedener Größen, Insekten, Pollen und Nektar von Kaktusblüten sowie Blut von anderen Arten.
„Während unserer Feldarbeit auf der kleinen Insel Daphne Major über einen Zeitraum von 40 Jahren fanden wir zahlreiche Beweise dafür, wie die Variation der Schnabelmorphologie einen großen Einfluss auf die Nahrungsverwertung und das Überleben dieser Vögel hatte“, sagen Peter und Rosemary Grant, Princeton University, die im Laufe der Jahre mehr als 6.000 Blutproben von verschiedenen Arten von Darwinfinken gesammelt haben. Einige davon wurden in der vorliegenden Studie verwendet.
Dieses neue Kapitel in der genetischen Charakterisierung von Darwinfinken begann mit einer Exkursion nach Galápagos zur Entnahme von Blutproben, die zur Erstellung einer hochwertigen Karte des gesamten Genoms von Darwinfinken verwendet werden sollten. Die Forscher brachten tragbare Sequenzierungsinstrumente mit und führten DNA-Sequenzierungen vor Ort auf Galápagos durch.
„Mit der Unterstützung von lokalen Forschern auf den Galápagos-Inseln konnten wir die Genomsequenzierung auf dem Feld durchführen, wo wir die Proben gesammelt haben. Dies stellte sicher, dass wir DNA von höchster Qualität für die Sequenzanalyse hatten“, erklärt Carl-Johan Rubin, Forscher an der Universität Uppsala und erster gemeinsamer Autor des Artikels. „Diese neue hochwertige Karte des Genoms von Darwins Finken wird eine bedeutende Ressource für Studien dieser interessanten Vogelgruppe sein.“
Die Genome verglichen
Als nächstes verglichen die Forscher die Genome von kleinen, mittleren und großen Grundfinken. Diese drei Arten sind sich ähnlich, weisen jedoch auffällige Unterschiede in Körper- und Schnabelgröße auf.
„Unsere genetische Analyse ergab 28 Genregionen, die konsistente Unterschiede zwischen diesen drei Arten aufwiesen“, erklärt Erik Enbody, der diese Analyse als Postdoktorand an der Universität Uppsala durchführte. „Wir waren überrascht, dass diese Genvarianten auch bei anderen Arten von Darwinfinken vorhanden waren, was darauf hindeutet, dass sie eine längere Evolutionsgeschichte haben als die Art selbst. Eine wichtige Botschaft ist, dass diese Genvarianten während der Evolution von Darwins Finken verwendet und wiederverwendet wurden. „
„Als nächstes untersuchten wir die Funktion der identifizierten Gene und stellten fest, dass viele dieser Gene im sich entwickelnden Schnabel exprimiert werden, was unserer Annahme entspricht, dass Gene, die die Schnabelmorphologie beeinflussen, während der Evolution von Darwins Finken eine herausragende Rolle gespielt haben müssen“, fährt Carl fort -Johan Rubin.
Der Verlust der Biodiversität
Der Verlust der biologischen Vielfalt, gemessen an der zunehmenden Zahl von Arten, die aufgrund des Verlusts natürlicher Lebensräume und menschlicher Aktivitäten ausgestorben sind, gibt derzeit Anlass zu großer Sorge.
„Unsere Studie zeigt, dass die Situation noch alarmierender ist als allgemein angenommen, denn unsere Hauptschlussfolgerung ist, dass die schnelle Evolution von Darwins Finken von genetischen Varianten abhängt, die sich über Hunderttausende von Jahren entwickelt haben“, erklärt Leif Andersson von der Universität Uppsala und Texas A&M University, die die Studie leitete. „Um die Biodiversität für zukünftige Generationen zu erhalten, ist es ebenso wichtig, große Populationen häufiger Arten zu erhalten, wie seltene Arten vor dem Aussterben zu bewahren, denn erstere sind am besten gerüstet, um sich an zukünftige Umweltveränderungen anzupassen.“
Carl-Johan Rubin et al., Die schnelle adaptive Radiation von Darwins Finken hängt von genetischen Modulen der Vorfahren ab, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm5982