Laut einer neuen Studie, in der die vollständigen Genome von sieben Museumsexemplaren des Vogels untersucht wurden, war der Bachmannsgrasmücke, ein Singvogel, der zuletzt vor fast 40 Jahren in Nordamerika gesehen wurde, eine eigene Art und keine Hybride seiner beiden lebenden Schwesterarten sequenziert. Genomvergleiche des Bachman-Grasmückens mit den Goldflügel- und Blauflügel-Grasmücken halfen den Forschern auch dabei, ein neues Kandidatengen zu identifizieren, das an der Federpigmentierung in der Gruppe beteiligt ist. Ein Artikel, der die von Forschern der Penn State geleitete Studie beschreibt und die entscheidende Rolle hervorhebt, die Museumssammlungen in der Wissenschaft spielen können, erscheint am 16. Juni 2023 in der Zeitschrift Aktuelle Biologie.
„Der Bachman-Trällerer ist der einzige bekannte Singvogel, der in Nordamerika kürzlich ausgestorben ist“, sagte David Toews, Assistenzprofessor für Biologie am Penn State Eberly College of Science und Leiter des Forschungsteams. „Es ist eine von drei Arten der Gattung Vermivora. Unser Labor untersucht die beiden lebenden Arten dieser Gattung, von denen bekannt ist, dass sie sich miteinander paaren und Hybridnachkommen hervorbringen.“
Goldflügel- und Blauflügelgrasmücken bringen ein Spektrum an Hybriden hervor, aber zwei unterschiedliche Arten von Hybridnachkommen, jede mit einer einzigartigen Kombination der Färbung der Elternart, standen im Fokus von Vogelbeobachtern und Ornithologen. Dies liegt daran, dass man dachte, dass es sich bei diesen beiden Hybriden um eigenständige Arten handelte, die als Brewster-Grasmücke und Lawrence-Grasmücke bekannt sind, bis eine sorgfältige Untersuchung wilder Hybriden und nun eine moderne genetische Analyse ihre hybriden Ursprünge bestätigten. Der ausgestorbene Bachmann-Waldsänger ähnelt in seiner Färbung einem dieser Hybrid-Nachkommen, daher bestand die Frage, ob der Bachmann-Waldsänger selbst eine eigene Art war oder ob es sich möglicherweise auch um einen Hybriden handelte.
Das Forschungsteam sammelte sieben Exemplare des Bachmann-Grasmückens aus Museumssammlungen und extrahierte DNA aus den Zehenpolstern der Vögel. Anschließend führten sie eine Gesamtgenomsequenzierung durch, um das Genom des Bachman-Waldsängers mit den vorhandenen Genomen der beiden lebenden Arten der Gattung zu vergleichen.
„Es ist nie einfach, DNA für die Sequenzierung aus Museumsproben zu gewinnen“, sagte Andrew Wood, der Erstautor der Arbeit, der zum Zeitpunkt der Forschung als Forschungstechnologe in Toews‘ Labor tätig war und jetzt Postdoktorand an der University of Washington ist Minnesota. „Diese Vögel wurden vor über hundert Jahren gesammelt und nicht auf besondere Weise konserviert, aber wir konnten genug DNA extrahieren, um Genomsequenzen zu erhalten, die mit denen der lebenden Arten vergleichbar sind.“
Die Genome des Goldflügelsängers und des Blauflügelsängers sind einander sehr ähnlich, mit Ausnahme einiger Regionen, die an der Bestimmung der Farbmuster der Federn des Vogels beteiligt sind. Im Vergleich dazu war das Genom des Bachmann-Grasmückens sehr unterschiedlich, was für die Forscher darauf hindeutete, dass es sich tatsächlich um eine eigenständige Art handelte.
„Wir haben nur eine kleine Probengröße für das Genom des Bachman-Waldsängers, aber eine der interessanten Erkenntnisse, die wir beim Vergleich der sieben Exemplare sahen, war, dass es lange ‚Homozygotieläufe‘ gab“, sagte Toews. „Dies sind Regionen des Genoms, in denen die beiden Kopien des Genoms – eine von jedem Elternteil geerbt – identisch sind und ein Hinweis darauf sind, dass die Population möglicherweise klein war und es viel Inzucht gab. Wir sehen ähnliche Muster in.“ Wenn wir also wissen, ob dies möglicherweise zum Aussterben des Bachman-Grasmückens beigetragen hat, können wir die Gesundheit und den Schutz der lebenden Population besser verstehen.“
Die Forscher verglichen auch die Genome der drei Arten, um nach Regionen des Genoms zu suchen, die sich in jeder Abstammungslinie möglicherweise unterschiedlich entwickelt haben. Diese Unterschiede können Indikatoren dafür sein, dass sich eine bestimmte Region des Genoms durch natürliche Selektion für ein bestimmtes Merkmal oder aufgrund eines anderen Evolutionsprozesses entwickelt hat. Der Vergleich des Genoms einer dritten Art ermöglichte es den Forschern, eine Region zu identifizieren, die ein neues Kandidatengen enthielt, das an der Pigmentierung des Grasmückens beteiligt ist.
„Wir haben mit dieser Studie begonnen, weil wir daran interessiert waren, etwas über die Geschichte und Biologie des Bachmann-Grasmückens zu erfahren“, sagte Woods. „Aber unsere Ergebnisse haben auch gezeigt, wie wir ausgestorbene Arten nutzen können, um mehr über ihre lebenden Verwandten zu erfahren. Durch den Prozess des Aussterbens verlieren wir viel biologischen und evolutionären Kontext, und der Vergleich des Bachman-Grasmückens mit den beiden lebenden Arten ermöglichte es uns, einen zu identifizieren.“ Gen, das wir sonst vielleicht nicht gefunden hätten. Der Kontext ist entscheidend für das Verständnis der Biologie. Naturhistorische Sammlungen ermöglichen es uns, neue Beobachtungen in Kontexte zu stellen, die möglicherweise aus der natürlichen Welt verschwunden sind. Dies fördert Entdeckungen und macht Museen zu leistungsstarken und unterschätzten Werkzeugen. “
Mehr Informationen:
Andrew W. Wood et al.: Die Genome des ausgestorbenen Bachman-Grasmückens zeigen eine hohe Divergenz und keine Hinweise auf eine Vermischung mit anderen noch vorhandenen Vermivora-Grasmücken. Aktuelle Biologie (2023). DOI: 10.1016/j.cub.2023.05.058