Wie tiefe biogeografische Kluften zu unterschiedlichen Evolutionspfaden führen

Eine neue Studie unter der Leitung des Forschers Peter Williams von der Michigan State University wirft Licht auf den tiefgreifenden Einfluss der tiefen geografischen Isolation auf die Entwicklung von Säugetieren. Veröffentlicht in NaturkommunikationDie Forschung zeigt, wie die langanhaltende Trennung zwischen den Kontinenten unterschiedliche Säugetiergemeinschaften auf der ganzen Welt geformt hat.

„Die heutige Ökologie war nicht unvermeidlich. Wenn es vor langer Zeit andere isolierende Faktoren gegeben hätte, hätten wir heute möglicherweise völlig andere Ökosysteme“, sagte Peter Williams, der Hauptautor der Studie. Williams ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Integrative Biologie und Postdoktorand im Ecology, Evolution and Behavior Program (EEB) der MSU.

Während Umweltfaktoren wie Klima und Vegetation bekannte Treiber der Artenvielfalt sind, unterstreicht die neue Studie die entscheidende Rolle, die Isolation für Säugetiere spielte.

„Denken Sie an baumbewohnende Säugetiere“, sagte Williams. „Trotz ähnlicher klimatischer Bedingungen gibt es in Australien Koalas und in Spanien Eichhörnchen.“

Was Sie jedoch nicht finden werden, sind in Spanien heimische Koalas oder in Australien heimische Eichhörnchen.

„Dieser Unterschied ist auf die tiefe geografische Isolation und die unterschiedlichen Entwicklungswege vor langer Zeit zurückzuführen“, sagte Williams.

Mit dieser neuen Perspektive befriedigen die Ergebnisse dieser Forschung nicht nur die Neugier auf diese natürliche Welt. Der Bericht hat erhebliche Auswirkungen auf Naturschutzbemühungen und moderne ökologische Fragen.

„Indem wir verstehen, wie historische Isolation die Biodiversität geprägt hat, können wir wertvolle Einblicke in das empfindliche Gleichgewicht von Ökosystemen gewinnen und Strategien zum Schutz der Biodiversität in Regionen mit einzigartiger Evolutionsgeschichte entwickeln“, sagte Williams.

„In der Ökologie müssen selbst hyperlokale Probleme regionale, kontinentale oder sogar globale Prozesse einbeziehen – Wettermuster, Meeresströmungen oder in diesem Fall tief verwurzelte geografische Barrieren“, sagte Elise Zipkin, Co-Autorin der Studie und außerordentliche Professorin von Integrative Biologie. Sie ist außerdem Leiterin des Zipkin Quantitative Ecology Lab und Direktorin des EEB. „Sie alle wirken sich auf die heutige natürliche Welt aus.“

Tiefe Isolation prägt die Evolution der Säugetiere

Die Studie verwendet einen neuartigen Ansatz zur Analyse der biogeografischen Isolation und beinhaltet ein kontinuierliches Maß namens „Phylobetadiversität“, das die gemeinsame Evolutionsgeschichte quantifiziert, sagte Williams. Beispielsweise wäre die Phylobetadiversität gering, wenn man Michigan mit einem Ort in Europa vergleicht, wo auch Hirsche, Kaninchen, Eichhörnchen und dergleichen leben, sagte er.

„Auch wenn es sich nicht um die gleiche Art handelt, gibt es auf Gemeinschaftsebene viele gemeinsame Evolutionsgeschichten“, sagte Williams.

Michigan und Australien würden am anderen Ende des Phylobetadiversitätsspektrums liegen.

„In Australien gibt es hauptsächlich Beuteltiere, während wir in Michigan außer dem Opossum keine Beuteltiere haben“, fuhr er fort. „Auf Gemeinschaftsebene gibt es nur sehr wenig gemeinsame Evolutionsgeschichte.“

Mithilfe der Phylobetadiversität lässt sich ein differenziertes Bild davon zeichnen, wie verschiedene Regionen in der Vergangenheit miteinander verbunden waren.

„In isolierten Regionen wie Australien und Madagaskar gibt es Säugetierbestände, die viel weniger vielfältig sind, als allein aufgrund der Umwelt zu erwarten wäre, und diese Säugetiere besitzen einzigartige Kombinationen funktionaler Merkmale, die die unterschiedlichen Entwicklungswege widerspiegeln, die sie eingeschlagen haben“, sagte Williams. „Es ist eine faszinierende Vorstellung, dass die Muster der Artenvielfalt, die wir in der heutigen Welt sehen, nicht unvermeidlich waren.“

Der Schlüsselfaktor für die Biodivergenz isolierter Säugetiere scheint die Dauer der Isolation zu sein.

Regionen wie Australien, die 30 bis 35 Millionen Jahre lang isoliert waren, hatten ausreichend Zeit für die Entwicklung einzigartiger Säugetierlinien. Im Gegensatz dazu zeigen Kontinente wie Nord- und Südamerika, die einst getrennt, aber während des Großen Amerikanischen Biotischen Austauschs vor 2,7 Millionen Jahren wieder verbunden wurden, eine größere Konvergenz in ihren Säugetiergemeinschaften, wobei ähnliche Klimazonen ähnliche funktionelle Merkmale selektieren.

Obwohl die Entwicklung der Säugetiere stark durch die Isolation der Landmassen beeinflusst wurde, zeigt die Studie, dass Vögel ganz unterschiedlich reagierten.

Vögel können aufgrund ihrer größeren Fähigkeit, große Entfernungen zu fliegen, geografische Barrieren leichter überwinden. Diese ständige Bewegung und Vermischung von Vogelpopulationen über Kontinente hinweg hat weltweit zu einer Homogenisierung der Vogelgemeinschaften geführt, wobei Umweltfaktoren eine stärkere Rolle bei der Gestaltung ihrer Vielfalt spielen.

Interessanterweise erzählten Fledermäuse eine ganz andere Geschichte. Als einzige fliegende Säugetiergruppe weisen Fledermäuse der westlichen Hemisphäre, wie Vampirfledermäuse und fischfressende Fledermäuse, im Vergleich zu ihren Artgenossen in der östlichen Hemisphäre ein viel höheres Maß an funktioneller Vielfalt auf. Die Forscher vermuten, dass dies wahrscheinlich eine Folge ihrer unabhängigen Entwicklungsverläufe ist, die durch die langjährige Trennung der Landformen in den verschiedenen Regionen geprägt sind.

Im Gegensatz zu anderen Säugetieren verfügten die meisten Fledermäuse nicht über die nötige Kältetoleranz, um die Beringia-Landbrücke zu überqueren, die vor langer Zeit Alaska und Sibirien verband, was zu ihrer anhaltenden Isolation und modernen divergenten Arten über die Hemisphären hinweg führte.

Das Team im Zipkin-Labor möchte diese Forschungsrichtung fortsetzen und zusätzliche Studien durchführen, um die Geschichte der Säugetiere weiter zu untersuchen und herauszufinden, wie biogeografische Unterschiede die Biota auf unserem Planeten geformt haben.

„Dies ist erst der Anfang unserer Reise zu einem tieferen Verständnis der Welt um uns herum“, sagte Zipkin.