Wissenschaftler haben Strandfrösche untersucht, um Hotspots der genetischen Variation sowie Orte zu identifizieren, an denen die Klimakrise Populationen auslöschen könnte, die zu homogen sind, um sich anzupassen.
Selbst weit verbreitete Arten könnten durch die Klimakrise genomisch gefährdet sein, warnen Wissenschaftler. Durch die Untersuchung der DNA von in zentralafrikanischen Regenwäldern lebenden Pfützenfröschen fanden die Wissenschaftler heraus, dass Gebiete mit großer Umweltvariation eine hohe genetische Variation begünstigen. Wenn diese vielfältigen Lebensräume und die dort lebenden Frösche verloren gehen, könnten auch genetische Varianten verloren gehen, die es den Arten ermöglicht hätten, sich zu entwickeln und die Klimakrise zu überleben. Gleichzeitig könnten Populationen mit geringer genetischer Variation schnell aussterben, da sie sich nicht anpassen können.
„Im Allgemeinen gilt: Je mehr genomische Variation innerhalb einer Population besteht, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie auf Veränderungen in ihrer Umwelt, wie etwa den zukünftigen Klimawandel, reagieren kann“, sagte Dr. Courtney Miller von der University of New Orleans, Hauptautorin der Studie in Grenzen der Naturschutzwissenschaft.
„Wir wollten die Ursachen der genomischen Variation identifizieren und herausfinden, wie Populationen auf zukünftige Klimaveränderungen reagieren könnten“, fügte Dr. Geraud Tasse Taboue von der Universität Buea, Zweitautor, hinzu.
Überleben der Stärksten
Man geht davon aus, dass die Klimakrise das Gesicht der Welt sehr schnell verändern wird. Wenn Tiere keine geeigneten Lebensräume finden, müssen sie sich anpassen, entweder indem sie sich weiterentwickeln oder ihr Verhalten ändern. Je größer die genetische Vielfalt einer Art ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie sich erfolgreich weiterentwickeln und überleben kann.
Die tropischen Wälder am Golf von Guinea und im Kongobecken werden voraussichtlich besonders stark von der Klimakrise betroffen sein. Diese Wälder sind auch Hotspots der Artenvielfalt. Mehrere Faktoren könnten dazu beitragen, indem sie Populationen einer Art voneinander trennen, sodass sie sich mit der Zeit stärker voneinander unterscheiden: Entfernung, physische Barrieren wie große Flüsse, Umweltveränderungen und Fragmentierung des Waldes während des Pleistozäns.
Eine weit verbreitete Art wie der Pfützenfrosch ist ein ideales Modell, um die Auswirkungen dieser Faktoren auf die genetische Variation zu entschlüsseln. Dies ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der genomischen Verletzlichkeit von Arten – also der Wahrscheinlichkeit, dass sie sich evolutionär an den Klimawandel anpassen können.
Die Wissenschaftler nahmen Proben von 191 Fröschen an verschiedenen Orten und in verschiedenen Lebensräumen, extrahierten DNA und kartierten das Vorkommen verschiedener Varianten. Anschließend nutzten sie Umweltvariablen, die mit der Biologie und dem Verhalten der Frösche in Zusammenhang stehen, um Unterschiede zwischen den Lebensräumen der Frösche zu kartieren: die Jahrestemperatur und der Niederschlag und wie stark diese im Jahresverlauf schwankten, sowie die Niederschlagsmenge im kältesten Quartal des Jahres.
Sie nutzten Projektionen, wie sich diese Variablen mit der Klimakrise ändern werden, um den zukünftigen Lebensraum der Frösche zu modellieren. Sie untersuchten auch Modelle des Klimas der Vergangenheit, um zu verstehen, wie sich die Lebensraumverfügbarkeit im Pleistozän auf die heutigen Schwankungen auswirken könnte.
Lebensraum-Hotspots
Durch die Kombination dieser Daten und ihre Analyse mit speziellen statistischen Methoden konnten die Wissenschaftler die wichtigsten Faktoren identifizieren, die die genetische Variation der Pfützenfrösche beeinflussen, und Gebiete bestimmen, in denen die Frösche genomisch anfälliger sind. Das Team fand heraus, dass die genetische Variation bei Pfützenfröschen von der Entfernung zwischen den Standorten beeinflusst wird, aber in erster Linie von ihrer Umgebung vorhergesagt wird. Besonders einflussreich waren saisonale Niederschlagsmuster. Landschaften mit mehreren Lebensraumtypen in unmittelbarer Nähe überlappten sich auch mit Gebieten mit hoher genetischer Variation.
„Die Niederschlagsschwankungen sind der Hauptfaktor für umweltbedingte genomische Unterschiede bei diesem Frosch“, sagte Miller. „Frösche, die im Kameruner Hochland, im Wald-Savannen-Ökoton im mittleren Süden Kameruns, entlang des Äquators und von der Küste bis ins Landesinnere Gabuns vorkommen, werden mit dem zukünftigen Klimawandel wahrscheinlich besser Schritt halten können.“
Die Wissenschaftler identifizierten außerdem mehrere Gebiete, in denen die Froschpopulationen möglicherweise nicht über genügend genetische Vielfalt verfügen, um sich an abrupte Lebensraumveränderungen anpassen zu können – beispielsweise im Südwesten Gabuns.
Das Team ist der Ansicht, dass diese Erkenntnisse und ähnliche Untersuchungen an anderen Arten bei der Planung von Naturschutzmaßnahmen hilfreich sein könnten. Die Wissenschaftler weisen jedoch darauf hin, dass ihre Analyse die genetische Variation der Frösche nur teilweise erfasst. Um die Auswirkungen dieser Varianten auf das zukünftige Überleben der Teichfrösche vollständig zu verstehen, müssen wir sie mit phänotypischen Merkmalen in Verbindung bringen.
„Wir konnten keine selektierten Varianten identifizieren, was uns vielleicht zusätzliche Einblicke in das Anpassungspotenzial gegeben hätte“, sagte Tasse Taboue. „Aber Naturschutzbemühungen könnten sich auf die Erhaltung von Gebieten mit hoher genomischer Variation konzentrieren, unter der Annahme, dass diese Gebiete Individuen beherbergen, die angesichts von Umweltveränderungen mit größerer Wahrscheinlichkeit überleben könnten.“
Mehr Informationen:
Umweltvariationen sagen Muster der Genomvariation bei einem afrikanischen Tropenwaldfrosch voraus. Grenzen der Naturschutzwissenschaft (2024). DOI: 10.3389/fcosc.2024.1366248