Wissenschaftler knacken das Evolutionsrätsel des Eierschmiedens

Während sich viele Menschen darauf vorbereiten, ihre Ostereier auszupacken, haben Wissenschaftler einen der größten Kriminalfälle der Natur gelöst, einen Eierfälschungsskandal, der vor zwei Millionen Jahren entstanden ist. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Opfer dieses Betrugs nun möglicherweise die Oberhand gewinnen.

Auf der ganzen Welt umgehen viele Vögel die Kosten der Elternschaft, indem sie ihre Eier in die Nester anderer Arten legen. Dieser Lebensstil, der als „Brutparasitismus“ bezeichnet wird, hat viele Vorteile, bringt aber auch Herausforderungen mit sich, beispielsweise wie man die anderen Arten davon überzeugt, ein fremdes Ei zu akzeptieren. Viele Brutparasiten erreichen dies, indem sie die Farben und Muster der Eier ihres Wirts nachahmen, aber einige nutzen die Pflege mehrerer verschiedener Wirtsarten, deren Eier alle unterschiedlich aussehen.

Wie kann dann eine einzige brutparasitische Vogelart gleichzeitig die Eier mehrerer verschiedener Vogelarten nachahmen, um sie zur Aufzucht ihrer Jungen zu verleiten? Und wie geben diese parasitären Fälscher diese Fähigkeit an ihre Jungen weiter, obwohl sie sich zwischen Vögeln verschiedener Wirte kreuzen?

Diese Fragen beschäftigen Wissenschaftler seit mehr als einem Jahrhundert. Jetzt genetische Forschung durch ein internationales Team unter der Leitung von Professor Claire Spottiswoode vom Institut für Zoologie der Universität Cambridge und dem FitzPatrick Institute of African Ornithology, University of Cape Town; und Professor Michael Sorenson von der Boston University, hat einen großen Durchbruch erzielt, und ihre Ergebnisse könnten schlechte Nachrichten für die Eierfälscher sein.

Die heute veröffentlichte Studie in PNAS, konzentrierte sich auf die Genetik der Ei-Mimikry beim Kuckucksfink, einer Art, die einen brutparasitären Lebensstil annimmt und viele Arten von Grasmücken in ganz Afrika ausbeutet. Die Forschung zeigt, dass weibliche Kuckucksfinken ihre Fähigkeit, das Aussehen der Eier ihrer Wirte nachzuahmen, von ihren Müttern über das weibchenspezifische W-Chromosom (analog zum männlichen spezifischen Y-Chromosom beim Menschen) erben.

Eine solche „mütterliche Vererbung“ ermöglicht es Kuckucksfinken, das Risiko zu umgehen, die falschen Mimikry-Gene von einem Vater zu erben, der von einem anderen Wirt aufgezogen wurde, und hat es so verschiedenen Linien von Kuckucksfinken-Weibchen ermöglicht, spezialisierte Ei-Mimikry mehrerer verschiedener Wirtsarten zu entwickeln. Eine solche Nachahmung verleitet Gasteltern dazu, ein parasitäres Ei als ihr eigenes zu akzeptieren, anstatt es aus dem Nest zu werfen, und war daher entscheidend für den Erfolg dieser afrikanischen Vögel.

Aber die Forscher glauben, dass diese seit langem etablierte „genetische Architektur“ der mütterlichen Vererbung zurückkommen könnte, um die Kuckucksfinken heimzusuchen. Dr. Spottiswoode sagte: „In diesem besonderen koevolutionären Wettrüsten zwischen den Arten hat die natürliche Selektion ein zweischneidiges Schwert geschaffen.

„Während die mütterliche Vererbung es den Kuckucksfinken ermöglicht hat, mehrere Wirtsarten auszubeuten, wird es wahrscheinlich ihre Fähigkeit verlangsamen, Gegenanpassungen zu entwickeln, wenn ihre Wirte neue Abwehrkräfte entwickeln Vielfalt von Eierfarben und Muster-‚Signaturen‘, die den Wirten helfen, ihre eigenen Eier von parasitären Nachahmern zu unterscheiden.“

Die Felddaten wurden an einem Studienstandort im Süden Sambias zusammen mit Dr. Wenfei Tong und Dr. Gabriel Jamie von der University of Cambridge sowie Ailsa Green, Silky Hamama, Ian Taylor und Collins Moya aus der umliegenden Gemeinde in Sambia gesammelt. Kuckucksfinken in diesem Gebiet täuschen vier verschiedene Arten von Grassängern mit verheerender Wirkung: Wenn die Gasteltern ein parasitäres Ei in ihrem Nest nicht entdecken und entfernen, übertrifft der junge Kuckucksfink normalerweise die eigenen Jungtiere des Wirts, die bald verhungern.

Das Team sammelte DNA-Proben von 196 Kuckucksfinken aus 141 Nestern der vier Grassänger-Arten und untersuchte die Mehrheit, indem es Tausende kurzer Segmente über ihre Genome hinweg sequenzierte.

In ihrem Kampf gegen die Fälscher sind Grasgrasmücke zu erfahrenen Qualitätskontrolleuren geworden, die Eier ablehnen, die sich in Farbe und Muster von ihren eigenen unterscheiden, und alle vier Arten haben die Fähigkeit entwickelt, einzigartige „Signaturen“ auf ihren eigenen Eiern anzubringen, um ihre Erkennung zu verbessern von Eindringlingen. Gelbflankige Prinias legen zum Beispiel Eier mit blauem, weißem, rotem oder olivgrünem Hintergrund, der mit einer Vielzahl von Mustern überzogen ist.

Kuckucksfinken haben nicht nur darauf reagiert, indem sie die Nachahmung der Eier ihrer verschiedenen Wirtsarten entwickelt haben, sondern sich auch weiter diversifiziert haben, um zumindest einige der charakteristischen Variationen nachzuahmen, die in den Eiern verschiedener Weibchen innerhalb jeder Wirtsart zu sehen sind. Das Team stellte fest, dass beide Fähigkeiten durch mütterliche Vererbung weitergegeben werden, und bestätigte schließlich eine Hypothese, die erstmals 1933 von Ornithologen vorgeschlagen wurde, die darüber nachdachten, wie der gemeine Kuckuck in Europa in ähnlicher Weise in der Lage war, die Eier mehrerer verschiedener Wirtsarten nachzuahmen.

Fälscher in ungewisser Zukunft?

Die Forscher glauben, dass den Kuckucksfinken jetzt ein harter Kampf bevorsteht, weil sie die verschiedenen Fälschungsmerkmale, die sich aus ihren getrennten Familienlinien entwickelt haben, nicht rekombinieren können. Zum Beispiel haben zwei verschiedene Abstammungslinien von Kuckucksfinkenmüttern Eier mit entweder blauem oder rotem Hintergrund entwickelt, als evolutionäre Reaktion auf eine ähnliche Vielfalt in ihren Prinia-Wirten mit gelbbraunen Flanken, aber es gibt keine Beweise dafür, dass sie die genaue Mischung der benötigten Pigmente herstellen können um die olivgrünen Eier zu produzieren, die einige Wirtsfrauen produzieren können.

In einer früheren Studie fand Professor Spottiswoode heraus, dass ein wachsender Anteil der von gelbflankigen Prinia-Wirten gelegten Eier olivgrün sind, was darauf hindeutet, dass dies Teil eines sich beschleunigenden evolutionären Kampfes ist. Wie erwartet stellte das Team fest, dass diese Wirtsvögel ihre Fähigkeit zur Betrugsbekämpfung durch „Ei-Signatur“ durch einen anderen genetischen Prozess (bi-elterliche Vererbung) weitergeben als der, der von den Kuckucksfinken verwendet wird.

Spottiswoode sagte: „Kuckucksfinken verpassen eine mächtige Quelle evolutionärer Neuerungen, und das könnte sich in diesem anhaltenden Wettrüsten als kostspielig erweisen. Die Art und Weise, wie sie ihre Fähigkeit erben, Wirtseier nachzuahmen, hat einen Nachteil, da sie wahrscheinlich die Verteidigung der Grassänger verstärken wirksam ist und die Reaktionsfähigkeit des Parasiten einschränkt.

„Wir sehen möglicherweise das Auftauchen von unfälschbaren Eiersignaturen, die Kuckucksfinken dazu zwingen könnten, zu anderen naiven Wirtsarten zu wechseln. Oder die parasitären Vögel könnten zunehmend von jungen Wirtstieren abhängig werden, die ihre eigenen Signaturen noch nicht gelernt haben und schlecht darin sind, nicht übereinstimmende zu erkennen Eier.“

Die Studie argumentiert, dass vor mindestens 2 Millionen Jahren „die Selektion aus der Wirtsabwehr Kuckucksfinken dazu veranlasste, die Kontrolle über das Aussehen der Eier auf den mütterlich vererbten Teil des Genoms zu übertragen“.