Wie sich die Evolution auf die Umwelt auswirkt

May 14, 2023

KINGSTON, RI – Die Geschichte der Pfeffermotten ist eine evolutionäre Geschichte wie aus dem Lehrbuch. Als während der Industriellen Revolution Kohlenrauch die Baumrinde in der Nähe von Englands Städten verdunkelte, wurden Weißkörper-Mottespinner zu auffälligen Zielen für Raubtiere und ihre Zahl ging schnell zurück. In der Zwischenzeit gediehen die seltenen Schwarzkörpermotten und wurden in ihrer neu verdunkelten Umgebung dominant.

Der Pfeffermotten wurde zu einem klassischen Beispiel dafür, wie Umweltveränderungen die Artenentwicklung vorantreiben. Aber in den letzten Jahren haben Wissenschaftler begonnen, über den umgekehrten Prozess nachzudenken. Könnte es eine Rückkopplungsschleife geben, in der die Artenentwicklung den ökologischen Wandel vorantreibt? Nun zeigt eine neue Studie von Forschern der University of Rhode Island einige der bisher besten Beweise für genau dieses Phänomen.

In der Forschung veröffentlicht In den Proceedings of the National Academy of Sciences zeigen die Forscher, dass eine evolutionäre Veränderung der Beinlänge von Eidechsen erhebliche Auswirkungen auf das Vegetationswachstum und die Spinnenpopulationen auf kleinen Inseln der Bahamas haben kann. Den Forschern zufolge ist dies eines der ersten Male, dass solch dramatische Auswirkungen der Evolution auf die Umwelt in einer natürlichen Umgebung dokumentiert wurden.

„Die Idee hier ist, dass zusätzlich zur Umwelt, die die Merkmale von Organismen im Laufe der Evolution prägt, diese Merkmalsänderungen auch Rückwirkungen haben und Veränderungen in den Räuber-Beute-Beziehungen und anderen ökologischen Interaktionen zwischen Arten vorantreiben sollten“, sagte Jason Kolbe, Professor für Biologie Wissenschaften an der University of Rhode Island und einer der leitenden Autoren der Studie. „Und wir müssen wirklich verstehen, wie diese Dynamik funktioniert, damit wir Vorhersagen darüber treffen können, wie Populationen fortbestehen und welche Art von ökologischen Veränderungen daraus resultieren könnten.“

Seit 20 Jahren beobachten Kolbe und seine Kollegen die evolutionäre Dynamik der Anolisenpopulationen auf einer Kette winziger Inseln auf den Bahamas. Die Kette besteht aus rund 40 Inseln mit einer Fläche von einigen Dutzend bis einigen Hundert Metern – klein genug, dass die Forscher die dort lebenden Eidechsen genau im Auge behalten können. Und die Inseln sind so weit voneinander entfernt, dass Eidechsen nicht einfach von einer Insel zur anderen springen können, sodass unterschiedliche Populationen voneinander isoliert werden können.

Frühere Untersuchungen hatten gezeigt, dass sich braune Anolen schnell an die Eigenschaften der umgebenden Vegetation anpassen. In Lebensräumen, in denen der Durchmesser von Gestrüpp und Ästen kleiner ist, begünstigt die natürliche Selektion Eidechsen mit kürzeren Beinen, die es den Individuen ermöglichen, sich schneller zu bewegen, wenn sie Raubtieren entkommen oder einem Snack nachjagen. Im Gegensatz dazu kommen schlaksigere Eidechsen dort besser zurecht, wo die Äste der Bäume und Pflanzen dicker sind. Forscher haben gezeigt, dass sich dieses Merkmal der Gliedmaßenlänge bei braunen Anolisen schnell entwickeln kann – in nur wenigen Generationen.

Für diese neue Studie wollten Kolbe und sein Team herausfinden, wie sich dieses weiterentwickelte Merkmal der Gliedmaßenlänge auf die Ökosysteme auf den winzigen Bahamas-Inseln auswirken könnte. Die Idee bestand darin, kurz- und langbeinige Eidechsen auf eigenen Inseln zu trennen und dann nach Unterschieden zu suchen, wie sich die Eidechsenpopulationen auf die Ökologie ihrer Inselheime auswirken.

Bewaffnet mit einer speziellen Kampfausrüstung für Eidechsen – Stangen mit winzigen Lassos aus Zahnseide am Ende – fing das Team Hunderte von braunen Anolisen. Anschließend maßen sie die Beinlänge jeder Eidechse, behielten diejenigen, deren Gliedmaßen entweder besonders lang oder besonders kurz waren, und ließen den Rest wieder frei. Sobald sie unterschiedliche Populationen kurz- und langgliedriger Eidechsen hatten, ließen sie jede Population auf Inseln frei, auf denen zuvor keine Eidechsen lebten.

Da die Versuchsinseln größtenteils von Vegetation mit kleinerem Durchmesser bedeckt waren, erwarteten die Forscher, dass die kurzbeinigen Eidechsen besser an diese Umgebung angepasst wären, das heißt wendiger und besser in der Lage wären, Beute in den Bäumen und im Unterholz zu fangen. Die Frage, die die Forscher beantworten wollten, war, ob die ökologischen Auswirkungen dieser hochwirksamen Jäger nachgewiesen werden konnten.

Nach acht Monaten überprüften die Forscher die Inseln erneut, um nach ökologischen Unterschieden zwischen den Inseln zu suchen, auf denen kurz- und langbeinige Gruppen leben. Es stellte sich heraus, dass die Unterschiede erheblich waren. Auf Inseln mit kurzbeinigen Eidechsen war die Population von Netzspinnen – einem wichtigen Beutetier der Braunen Anolis – im Vergleich zu Inseln mit schlaksigen Eidechsen um 41 Prozent zurückgegangen. Auch im Pflanzenwachstum gab es deutliche Unterschiede. Da die kurzbeinigen Eidechsen Insektenfresser besser jagen konnten, blühten die Pflanzen. Auf Inseln mit kurzbeinigen Eidechsen hatten Buttonwood-Bäume doppelt so viel Triebwachstum wie Bäume auf Inseln mit langbeinigen Eidechsen, fanden die Forscher heraus.

Die Ergebnisse, sagt Kolbe, tragen dazu bei, den Kreis der Wechselwirkung zwischen Ökologie und Evolution zu schließen.

„Diese Erkenntnisse helfen uns, diese Rückkopplungsschleife zu schließen“, sagte Kolbe. „Aus früheren Forschungen wussten wir, dass ökologische Faktoren die Länge der Gliedmaßen beeinflussen, und jetzt zeigen wir die wechselseitige Beziehung dieser evolutionären Veränderung auf die Umwelt.“

Das Verständnis des gesamten Umfangs der Wechselwirkungen zwischen Evolution und Ökologie werde bei der Vorhersage von Umweltergebnissen hilfreich sein, sagen die Forscher – insbesondere, da menschliche Aktivitäten das Tempo sowohl des evolutionären als auch des ökologischen Wandels weltweit beschleunigen.

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der University of Rhode Island veröffentlicht