ZoologieDas Geheimnis bunter Barsche

Im Eiltempo haben sich in Kraterseen neue Fischarten entwickelt. Ein Lehrsatz der Biologie gerät ins Wanken. von Joachim Budde

Der nicaraguanische Zitronenbuntbarsch lebt in den riesigen Seen Lago Managua und Lago Nicaragua im Westen Mittelamerikas. Er hat vielfältige Nachkommen – und deren genaue Prüfung hat nun feste Überzeugungen der Biologen über den Haufen geworfen.

Die Jungtiere der Art Amphilophus citrinellus sind zunächst dunkel gefärbt, erst mit der Zeit nehmen manche einen Goldton an, dem der ganze Artenkomplex seinen Namen verdankt: Midas-Buntbarsche. Der Körper der Zitronenbuntbarsche ist schmal und hoch. Alle haben schmale Lippen, manche einen Stirnbuckel. Aus den Zitronenbuntbarschen haben sich in Seen der Umgebung weitere Arten entwickelt. Im Lago Apoyeque leben etwa zwei Arten Buntbarsche, die sich äußerlich nur am Maul unterscheiden: Die einen haben dicke Lippen, die anderen dünne. Die bronzefarben schimmernden Fische mit dunklen, senkrechten Streifen stammen zwar vom Zitronenbuntbarsch ab, doch der ist inzwischen aus dem Kratersee verschwunden.

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Das liegt an den Lebensbedingungen in den Kraterseen, die von denen der beiden großen Seen fundamental verschieden sind. Deren Wasser ist flach und vor lauter Algen trüb. Die Kraterseen sind hingegen tief und klar. »Wohl fast jeder der Kraterseen im Westen Nicaraguas enthält seine eigenen jungen Arten«, sagt Axel Meyer. Der Evolutionsbiologe von der Universität Konstanz untersucht hier seit mehr als 30 Jahren Midas-Buntbarsche. Er hat in mehreren Kraterseen Fische mit schmalen und mit dicken Lippen gefunden. Darum fragte er sich, ob dies Beispiele für parallele Evolution seien: Haben sie in verschiedenen Seen dieselben Merkmale entwickelt, weil sie auf dieselben Herausforderungen trafen?

Die Arten haben sich an ihre relativ neue Umgebung in den Kratern gut angepasst. Jeweils eine Art ist etwas länglicher als der Zitronenbuntbarsch, sie ist spezialisiert auf die Jagd im offenen, tiefen Wasser. Die andere ist wendiger und hat dicke Lippen. Diese dienen als schützende Polster, wenn die Barsche bei der Jagd gegen scharfe Gesteinskanten stoßen. Und sie helfen als Dichtungsringe, wenn die Fische mit dem Maul kleine Krustentiere aus Felsspalten saugen. Gemäß den Beobachtungen der Forscher paaren sich dicklippige Tiere nur mit anderen dicklippigen, dünnlippige mit dünnlippigen. Da sich die Arten im selben See entwickelt haben, widerlegen sie einen Lehrsatz, den Ernst Mayr aufgestellt hatte. Der deutsch-amerikanische Evolutionsbiologe war überzeugt, dass sich neue Arten lediglich in geografisch voneinander getrennten Gebieten entwickeln.

Für Molekularbiologen wie Axel Meyer herrschen aufregende Zeiten, denn moderne Methoden gestatten es nun, Fragen zu beantworten, die bisher nicht oder allenfalls sehr indirekt zu klären waren: Wiederholt etwa die Evolution ihre Lösungsstrategie, wenn sie auf identische Herausforderungen trifft? »Ich fühle mich wie ein Kind im Naschladen«, schwärmt Meyer. »Noch vor fünf Jahren wäre eine solche Analyse unmöglich gewesen.« Er und seine Kollegen haben in Barschen aus den beiden großen Seen und aus zwei Kratern nach Genen gesucht, die für dicke Lippen verantwortlich sind. Dazu haben sie den Fischen Gewebe für eine Transkriptom-Analyse entnommen. Diese spürt in den Zellen die RNA auf, den genetischen Botenstoff, der die Bauanleitung der Gene (DNA) in Proteine umsetzt. Nach Abermillionen Lesevorgängen wussten sie endlich, welche der rund 22.000 Fischgene in den Lippen aktiv waren. Der Computer spuckte endlose Listen aus. »Und neben keinem der Gene stehen drei rote Sterne, die anzeigen: Dies ist das gesuchte Gen«, sagt Meyer. Deshalb fischten die Forscher statistisch nach jener DNA, die zehn- bis tausendfach häufiger in dicken Lippen aktiv war als in dünnen. Sie fanden sechs solcher Gene.

»Das klingt nach einem sehr schönen Beispiel für parallele Evolution«, meint Jonathan Losos. Doch der Evolutionsbiologe an der Harvard University wünscht sich Antworten auf die eigentlich entscheidende Frage: Gibt es Beweise für eine Beschränkung der Evolution, die auf dem genetischen System basiert, das diese beiden Arten teilen? Würde man weiter entfernt verwandte Buntbarsche in einem der Krater aussetzen, bekämen deren Nachkommen auch dicke Lippen auf Basis derselben genetischen Veränderungen? Das gäbe Hinweise darauf, ob die Evolution für neue Herausforderungen stets die optimale Anpassung findet oder ob das Repertoire der Natur eher begrenzt ist und deshalb zu Wiederholungen neigt.

Axel Meyer möchte jetzt untersuchen, ob die Mutationen, die zu den dicken Lippen geführt haben, in den Seen entstanden sind oder ob sie nur genetische Varianten waren, die die Fische aus den alten großen Seen mitgebracht haben und die sich in der neuen Umwelt in der Population ausbreiteten.

Der Krater des Apoyeque überragt die Chiltepe-Halbinsel, die in den Managuasee hineinreicht. Der Vulkan ist erst vor 1.800 Jahren bei einer Eruption entstanden. Die Arten im Kratersee dürften noch viel jünger sein, denn vor 150 Jahren war der Apoyeque noch aktiv. Populationsgenetische Untersuchungen legen nahe, dass die Vorfahren aller Fische erst vor etwa 100 Jahren in den Lago Apoyeque gelangt sind. Wie das passiert ist, wird vermutlich ein Rätsel bleiben. Der Krater ist nur von oben zugänglich, die Fische müssen also durch die Luft gekommen sein. Zwar könnten Menschen sie eingeschleppt haben, aber die meisten Kraterseen sind vollständig von der Außenwelt abgeschnitten. Oft muss man mehrere Hundert Meter die steilen Kraterwände hinabsteigen, um ans Wasser zu gelangen. Eine mögliche Erklärung: Kormorane oder Seeadler könnten Fischlaich eingebracht haben.

Axel Meyer sieht im »Fischregen« eine wahrscheinlichere Variante: Hurrikane, die große Wassermengen mitsamt dem Leben darin anheben und verfrachten, sind in Fachzeitschriften beschrieben worden. Für diese Theorie spricht, dass die Vorfahren aller Fische in mehreren Kratern zum gleichen Zeitpunkt hineingelangt sind. Auch dieses Bonbon stammt aus dem Naschladen der modernen Molekularbiologie: Sie erlaubt Rückschlüsse, wann die Seen besiedelt wurden.

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Leserkommentare
  1. Ist mir nicht klar, was hier so fundamental neu sein soll, ausser dass es sich um schöne Beispiele schneller Evolution handelt.

    • Gerry10
    • 22. November 2012 20:06 Uhr

    ...im Gegensatz Dogmen, ist ja das man auch mal überrascht werden kann und die Theorie dann verwirft oder entsprechend anpasst.

  2. So wirklich klar ist mir auch nicht, was da wankt. Viel anders als bei den Victoria-Buntbarschen ist es hier auch nicht, oder?

  3. >>Da sich die Arten im selben See entwickelt haben, widerlegen sie einen Lehrsatz, den Ernst Mayr aufgestellt hatte. Der deutsch-amerikanische Evolutionsbiologe war überzeugt, dass sich neue Arten lediglich in geografisch voneinander getrennten Gebieten entwickeln.<<

    Aber ist denn das überhaupt noch wirklich aktuell?
    Meines Wissens begünstigt eben die 'Insellösung' die Evolution. Eine Insel können aber auch zwei klimatisch gemäßigte Berggipfel sein, die von feuchtheißem Dschungel getrennt sind, selbst wenn es ein und dasselbe Gebirge ist.

    Und zwei Arten Buntbarsche in einem See sind so erstaunlich auch nicht. Wahrscheinlich gehen die auf unterschiedliche Beute los oder haben unterschiedliche Jagdmethoden oder beides. Auch hier entsteht auf Dauer quasi eine 'Insel'.

    So ist das halt mit einer guten Theorie - immer wieder mal gut für ein Aha-Erlebnis.

  4. "Der deutsch-amerikanische Evolutionsbiologe war überzeugt, dass sich neue Arten lediglich in geografisch voneinander getrennten Gebieten entwickeln."

    Ich habe vor ein paar Jahren schon gelernt, das es sehr viel mehr Faktoren gibt. Und das war im Bio-Grundkurs. Geografisch getrennt war nur eins von 5-6 groben Kriterien. Selbst unterschiedliche Tag-Nacht-Rythmen im selben Gebiet wurden genannt. Ist schon ne weile her...
    Auch etwas wie unterschiedliche 'Sprache' (gut bei Vögeln zu beobachten) kann zu unterschiedlichen Arten führen [...].
    Zudem -> Google -> Artbildung ;-)

  5. diesen Artikel ausgegraben? Könnte aus dem Jahr 1900 sein. Geografische Abhängigkeit ist nur ein möglicher Merkmal was zu treffen kann, nicht muss.
    Warum personifizieren sie die Evolution? Vielleicht ist es ihnen noch nicht aufgefallen, aber sie tun es. Sie schreiben wie ein Atom in meinem Arm, dem ich eine gewissen Intelligenz zu spreche. Dies ermöglicht ihm sich selbst wahrzunehmen. Es begreift eventuell auch, dass es ein Teil von einem Ganzen oder etwas Größeren ist. Doch das Problem des Atoms ist es, dass es dieses Gesamte nie "sehen" wird. Somit erschafft es die Welt in der es glaubt zu leben aus sich heraus.
    Der Unterschied zu dieser Atomdimension und uns Menschen ist, das dem Modell des "denkenden" Atoms die menschliche Selbstüberschätzung als Schutzfunktion fehlt.
    Wir Menschen haben die Angewohnheit die Intelligenz des Gegenübers oder eines Objektes an Hand der Kommunikation zu messen. Jeglicher Test zum Ermittel eines IQs basiert auf Kommunikation. Wir können nicht einfach z.B. jemanden Blut abnehmen und daran seine IQ bestimmen. Dazu nehmen wir die Menge aller Möglichkeiten und wie man aus diesen Mitteln das Optimum nutzt - Massstab gegenüber anderen Objekten sind immer wir selbst (wie das erwähnte Atom). Wir nutzen also die Komplexität und die Masse von verbaler und nonverbaler Kommunikation um ein Bild zu erzeugen welches uns die geistige Leistung anzeigen kann. ...

    Reaktionen auf diesen Kommentar anzeigen

    Wenn wir nun auf der Suche nach sagen wir neuen Lebensformen sind, sagen wir mal im Weltall, schauen wir genau nach derlei Kommunikation um das Gegenüber und seine geistige Leistung einzuschätzen. Im Grunde eine plausibele Vorgehensweise.
    Nun kommen wir zur Selbstüberschätzung. Wir selbst gehen jedoch immerdavon aus das der gegenüber dies genauso macht. Nehmen wir auch mal an, dass es so ist. So würden jedoch andere Lebensformen, die sich die Welt ähnlich zusammendenken wie wir nie auf die Idee kommen mit uns zu kommunizieren, denn der Wal ist in Sachen Kommunikation wesentlich komplexer als wir Mensch, somit intelligenter und somit interessanter als wir Menschen.

    Kommen wir zurück zur Evolution. Die hier angewandte Personifizierung dient des eigenen Begreifens. So wie man Gott oder einen Masterplan personifiziert und das liegt wiederum an unserer doch recht beschränkten Kommunikation. Und das wiederum spricht sehr für Heisenberg und für unsere beschränkte Sichtweise. Es entspricht der falsch gestellten Frage, die wir dennoch stellen, weil wir gar nicht auf die Idee kommen, das es ein andere Frage gibt.
    Warum ich das alles schreibe? Nur wegen einem Satz in diesem ganzen Artikel:

  6. Wenn wir nun auf der Suche nach sagen wir neuen Lebensformen sind, sagen wir mal im Weltall, schauen wir genau nach derlei Kommunikation um das Gegenüber und seine geistige Leistung einzuschätzen. Im Grunde eine plausibele Vorgehensweise.
    Nun kommen wir zur Selbstüberschätzung. Wir selbst gehen jedoch immerdavon aus das der gegenüber dies genauso macht. Nehmen wir auch mal an, dass es so ist. So würden jedoch andere Lebensformen, die sich die Welt ähnlich zusammendenken wie wir nie auf die Idee kommen mit uns zu kommunizieren, denn der Wal ist in Sachen Kommunikation wesentlich komplexer als wir Mensch, somit intelligenter und somit interessanter als wir Menschen.

    Kommen wir zurück zur Evolution. Die hier angewandte Personifizierung dient des eigenen Begreifens. So wie man Gott oder einen Masterplan personifiziert und das liegt wiederum an unserer doch recht beschränkten Kommunikation. Und das wiederum spricht sehr für Heisenberg und für unsere beschränkte Sichtweise. Es entspricht der falsch gestellten Frage, die wir dennoch stellen, weil wir gar nicht auf die Idee kommen, das es ein andere Frage gibt.
    Warum ich das alles schreibe? Nur wegen einem Satz in diesem ganzen Artikel:

    Antwort auf "Wo haben sie (1)"
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    "ob die Evolution für neue Herausforderungen stets die optimale Anpassung findet oder ob das Repertoire der Natur eher begrenzt ist und deshalb zu Wiederholungen neigt."

    Ein Satz voller Unterstellungen - sehr menschlich und nicht objektiv - ohne das jetzt negativ zu meinen. Im Grund kann man diese Und-Oder-Verknüpfung mit Ja und Nein beantworten ohne falsch zu liegen.

    So Long, and Thanks For All the Fish

  7. "ob die Evolution für neue Herausforderungen stets die optimale Anpassung findet oder ob das Repertoire der Natur eher begrenzt ist und deshalb zu Wiederholungen neigt."

    Ein Satz voller Unterstellungen - sehr menschlich und nicht objektiv - ohne das jetzt negativ zu meinen. Im Grund kann man diese Und-Oder-Verknüpfung mit Ja und Nein beantworten ohne falsch zu liegen.

    So Long, and Thanks For All the Fish

    Antwort auf "Wo haben sie (2)"

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  • Schlagworte Nicaragua | Fisch | Zoologie | Biologie | Tier | Evolution
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