Schnelle Evolution bei Fischen: Genomische Veränderungen innerhalb einer Generation

Ein Forscherteam um Dr. Daniel Berner an der Universität Basel Departement Umweltwissenschaften geführt hat nun Beweise innerhalb einer einzigen Generation für die schnelle Entwicklung zur Verfügung gestellt, threespine stickleback Fisch als Modellorganismus. Die Fünf-Jahres-Studie kombiniert Laborarbeit, Feldversuche, mathematische Modellierung und Genomanalyse.

Unterschiedliche Lebensräume: Seen und Flüsse

Im Bereich Bodensee, Stichlinge haben ökologisch unterschiedliche Lebensräume, Seen und Flüssen angepasst. Um zu untersuchen, wie sich schnell über das Genom Anpassung auftritt, See- und Fluss lebende Fische wurden im Labor über mehrere Generationen gekreuzt. Die Genome der beiden Ökotypen waren so gemischt, was zu einer genetisch unterschiedlichen Versuchspopulation.

In einem zweiten Schritt werden die Forscher Tausende dieser experimentellen Fische in einem natürlichen Lebensraum Fluss ohne Wohnsitz stickleback, Freilegung sie natürliche Selektion freigegeben. Nach einem Jahr wurden die restlichen Fische wieder gefangen und genetisch untersucht.

„Die Hypothese dieses Experiments war, dass im Fluss Lebensraum, in dem die Versuchstiere überleben mußten, genetische Varianten der ursprünglichen Fluss Bevölkerung in Frequenz erhöhen würden“, sagt Berner. „Wir hatten aber keine Ahnung, ob dies innerhalb einer einzigen Generation messbar wäre.“

Genomische Analyse bestätigt Hypothese

Um mögliche Veränderungen im Genom aufnehmen mußten die Forscher zunächst die DNA-Regionen identifizieren, höchstwahrscheinlich durch natürliche Selektion ausgerichtet werden. Dazu verglichen sie die ursprüngliche See und Fluss Populationen basierend auf DNA-Sequenzdaten. Dabei zeigte sich Hunderte von Regionen im Genom wahrscheinlich wichtig für den See- und Flussbedingungen anzupassen. In genau diese Regionen die DNA-Sequenzdaten der Versuchspopulation aus der Zeit vor und nach dem Feldversuch wurden dann verglichen Veränderungen in der Häufigkeit der genetischen Varianten zu identifizieren.

Das Ergebnis unterstützt die Hypothese: Im Durchschnitt wird die Frequenz des Flusses Varianten um rund 2,5% auf Kosten erhöht von der See-Varianten. „Dieser Unterschied auf den ersten Blick klein erscheinen mag, aber es ist wirklich wesentliche, wenn sie über ein paar Dutzend Generationen hochgerechnet“, sagt Berner. Das Experiment zeigt, dass die Evolution rechts sehr schnell vor unseren Augen auftreten kann, und zwar nicht nur in Mikroorganismen. „Eine solche schnelle Entwicklung können einige Organismen helfen mit den heutigen schnellen Veränderungen der Umwelt durch den Menschen fertig zu werden“, schließt Berner.