Artentstehung Artensterben: Die kurzund langfristige Perspektive der Evolution

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Sophie Heidrich
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1 KERNER VON MARILAUN VORTRÄGE 2014 Artentstehung Artensterben: Die kurzund langfristige Perspektive der Evolution Christian Sturmbauer Institut für Zoologie, Karl-Franzens-Universität Graz

2 Struktur des Vortrags 1. Einleitung - Die Signatur des Lebens Phasen des (Massen-)Aussterbens Phasen intensiver Artentstehung 2. Phasen intensiver Artentstehung Adaptive Radiation Muster und Geschwindigkeit der Buntbarsch- Radiationen 3. Chancen und Grenzen der Anpassung Evolution von Populationen: Buntbarsch-Beispiel Tropheus Stabilisierende versus gerichtete Selektion Anthropogene Umgestaltung der Lebensräume

3 Die ersten Spuren komplexer Organismen: vor 2.1 Mia J. Abbildung von Mathias Harzhauser, NHM Wien

-2100MA... die Gabonionta - die erste Ära der Vielzeller? -2000MA... der erste Zusammenbruch des Sauerstoffgehalts -800MA... das zweite Ansteigen des Sauerstoffs -700MA.

4 -2100MA... die Gabonionta - die erste Ära der Vielzeller? -2000MA... der erste Zusammenbruch des Sauerstoffgehalts -800MA... das zweite Ansteigen des Sauerstoffs -700MA... erste Schwämme -600MA... Ediacara-Fauna -500MA... die Metazoa Abbildung von Mathias Harzhauser, NHM Wien 1. Die Signatur des Lebens Das vielzellige Leben brauchte mehrere Anläufe

5 Abbildung von Mathias Harzhauser, NHM Wien Gabonionta: vor 2.1 Mia J. Great Oxidation Event: vor Mia J.

6 Ediacara, ~600 Mio J. Abbildung von Mathias Harzhauser, NHM Wien

7 Kambrische Radiation: vor 540 Mio J. Abbildung von Mathias Harzhauser, NHM Wien

8 Die Ära der Metazoa umfasst mindestens 5 globale resets Artensterben sind Teil der Geschichte und hatten viele Ursachen Massenextinktionen sind immer gefolgt von Perioden intensiver Innovation Abbildung von Mathias Harzhauser, NHM Wien

9 2. Phasen intensiver Artentstehung - Adaptive Radiation Adaptive Radiation ist die Entstehung von vielen neuen Arten innerhalb kurzer Zeit durch Koppelung der Artentstehung an die Besetzung unterschiedlicher ökologischer Nischen. Dieser Prozess wird durch das Zusammentreffen zweier Faktoren induziert: Eine dramatische Veränderung des Lebensraums oder die Entstehung eines neuen Lebensraums... neue Chancen zur Diversifizierung durch nicht besetzte Nischen Der Besitz einer Schlüsselinnovation entscheidet, welche Gruppe/n tatsächlich proliferiert bzw. proliferieren. Schlüsselinovationen sind Präadaptationen Beispiel Säugetiere, die bereits lange neben den Sauriern lebten

10 Schlüsselinnovation: Im Fall der Hawaiianischen Im Fall der Buntbarsche der Honigvögel... ostafrikanischen Seen... ihre Schnabelanatomie zwei Sets von Kiefern und Zähne

11 Verheyen et al Die Buntbarsche der ostafrikanischen Seen haplochromine species

12 Die Buntbarsche der ostafrikanischen Seen haplochromine species Danley & Kocher 2001

13 Die Buntbarsche der ostafrikanischen Seen ~ 250 species in 12 lineages C. Sturmbauer

14 Adaptive Radiation verläuft so schnell, dass die entstehenden Arten vorerst genetisch unvollständig getrennt sind! Beispiel: Die Radiation der Malawi-Buntbarsche

15 Erste Schlussfolgerung Artensterben ist ebenso Teil des Evolutionsprozesses wie Artentstehung Adaptive Radiation ist der effektivste Weg zur Entstehung von Biodiversität nach neuen Chancen nach Katastrophen

16 2. Chancen und Grenzen der Anpassung Tropheus Ein Modell zum Studium der Evolution von Populationen ~ 120 geographische Rassen bzw. Schwesternarten

17 Scenario 1: Räumlich getrennte Populationen von T. moorii Tropheus Nakaku x Mbita = Katoto? N aka ku M b ita Katot o x =?

Morphologische Plastizität oder genetisch vererbte Unterschiede? Kann in Zuchtexperimenten unterschieden werden: Konsistente Körperform-Unterschiede: bestehen! Kerschbaumer et al.

18 Morphologische Plastizität oder genetisch vererbte Unterschiede? Kann in Zuchtexperimenten unterschieden werden: Konsistente Körperform-Unterschiede: bestehen! Kerschbaumer et al. Naturwissenschaften (2011) Im Teich gezüchtete F1-Individuen haben: -Nach oben rotierte Maulöffnung ( um 4 ) -kleinere Rücken- und Schwanzflosse - engerer Schwanzstiel ABER: Populations-Unterschiede bleiben

19 Szenario 2: Tropheus moorii alleine und in Sympatrie lebend mit Tropheus polli

20 Principal component Analyse der durchschnittlichen Körperform von 13 untersuchten Populationen trennt allein lebende von sympatrisch lebenden Populationen Plot der zwei wichtigsten principal components (PC1 und PC2), die 78% der totalen Formvariation zwischen den Populations-Mitteln erklären.

Vergleich der Morphologie Allein lebende T. moorii Kaiser Sympatrische T. moorii Kaiser (Proportionsänderungen überzeichnet um Faktor 6) Sympatrisch mit T.

21 Vergleich der Morphologie Allein lebende T. moorii Kaiser Sympatrische T. moorii Kaiser (Proportionsänderungen überzeichnet um Faktor 6) Sympatrisch mit T. polli lebende Tropheus haben kleineren Kopf, kleinere Augen, und einen weiter vorne liegende Ansatz der Brustflossen gegenüber den alleine lebenden Tropheus.

Zusammenfassung der Ergebnisse a) Genetische Distanzen korrelieren mit geographischen Distanzen. b) Morphologische Unterschiede korrelieren nicht mit geographischen Distanzen.

22 Zusammenfassung der Ergebnisse a) Genetische Distanzen korrelieren mit geographischen Distanzen. b) Morphologische Unterschiede korrelieren nicht mit geographischen Distanzen. c) Genetische Distanzen korrelieren auch nicht mit morphologischer Unterschiedlichkeit. Unsere Daten sind konsistent mit Selektions- bzw. Konkurrenzgetriebener Nischenabgrenzung Character Displacement Kerschbaumer et al. Heredity (2013)

23 Zweite Schlussfolgerung Populationen reagieren sehr rasch auf Umweltveränderungen: Phänotypische Plastizität Längerfristig genetische Manifestation Adaptation an neue Umweltbedingungen Ökologisches Character Displacement

24 Anthropogene Umgestaltung der Lebensräume

Es zeigt sich, dass unsere Spezies 299.800 der 300.

25 Es zeigt sich, dass unsere Spezies der Jahre ihres Daseins nicht wesentlich mehr in die Natur eingegriffen hat als andere vergleichbare Organismen. Erst die letzten 200 Jahre sind zum Problem geworden. Dazu folgende Indizien: Bevölkerung

Dritte Schlussfolgerung Der Evolutionsprozess hat System-inhärent ein unglaubliches Potential zur Neuerung und Erneuerung, auch in Bezug auf große Katastrophen.

26 Dritte Schlussfolgerung Der Evolutionsprozess hat System-inhärent ein unglaubliches Potential zur Neuerung und Erneuerung, auch in Bezug auf große Katastrophen. Langfristig besteht also kein Grund zur Sorge um die Biodiversität! Grund zur Sorge besteht allerdings sehr wohl für jenes Ökosystem, das (auch) unsere Lebensgrundlage ist. Frage, ob sich das System ändert oder ob es kippt Das ist letztlich eine Frage unserer eigenen Zukunft

27 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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