Anpassung an den Klimawandel in Randzonen besonders schwierig

Laut den ForscherInnen hat diese neue, anhand von Regenbogenfischen gewonnene Erkenntnis Auswirkungen auf die Vorhersage der Anpassungsfähigkeit von Arten und das Management der biologischen Vielfalt in Zeiten des Klimawandels.

Die Auswirkungen steigender globaler Temperaturen sind in den meisten Ökosystemen der Erde offensichtlich. Aber es ist nur wenig bekannt darüber, wie klimatische Schwankungen die natürliche Selektion und die Anpassungsfähigkeit in verschiedenen Breiten beeinflussen.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Vetmeduni Vienna untersuchte deshalb Unterschiede in der adaptiven Diversität von Populationen entlang eines Breitengradbereichs, der sich über gemäßigte bis subtropische Klimazonen erstreckt.

„Wir haben dazu Informationen aus Umweltkartierungen, phänotypischen Variationen und genomweiten Daten aus dem gesamten geografischen Bereich des Regenbogenfisches Melanotaenia duboulayi generiert und in unsere Studie integriert“, so Studienleiter Steve Smith vom Konrad-Lorenz-Institut für Vergleichende Verhaltensforschung der Vetmeduni Vienna.

Geringere Anpassungsfähigkeit an den Klimawandel in Randzonen

Bei der Untersuchung der räumlichen Populationsstruktur der Regenbogenfische – der kleine Süßwasserfisch hat seinen natürlichen Lebensraum entlang der Ostküste Australiens – stellten die ForscherInnen starke Wechselwirkungen zwischen Genotypen und der Umgebung fest, die mit Schwankungen des aquatischen Lebensraums und der Temperatur verbunden sind.

Sie fanden zudem heraus, dass einige der mit der hydroklimatischen Selektion assoziierten Gene innerhalb von Gennetzwerken der Regenbogenfische interagieren, die für die Anpassung an zukünftige Klimabedingungen relevant sind.

Die hydroklimatische Selektion war auch mit Variationen der phänotypischen Merkmale verbunden, einschließlich der Merkmale, von denen bekannt ist, dass sie die hydrodynamische Fitness von Regenbogenfischen beeinflussen.

Außerdem zeigten Populationen, die Extremen wichtiger Umweltvariablen ausgesetzt waren, eine stärkere adaptive Divergenz und eine geringere Variation der klimabedingten Gene im Vergleich zu Populationen in zentraleren Breitengraden.

Dazu Steve Smith: „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Populationen, die sich an den Rändern ihres geografischen Lebensraums entwickelt haben, anfälliger für Klimaveränderungen sind. Dies hat Auswirkungen auf die Vorhersage der Anpassungsfähigkeit und das Management der biologischen Vielfalt vor dem Hintergrund des Klimawandels.“

Diese Erkenntnis ist deshalb wichtig, weil evolutionäre Reaktionen im Allgemeinen als Voraussetzung für die langfristige Erhaltung der biologischen Vielfalt angesehen werden, insbesondere in Szenarien mit zunehmender Häufigkeit und Schwere extremer Klimaereignisse.

Bessere Einschätzung der Anpassungsfähigkeit von Arten durch die Verknüpfung von Genomik und ökoevolutionären Modellen

Die rasche Veränderung der Lebensräume ist ein globales ökologisches Phänomen. Vor diesem Hintergrund beschreibt die soeben veröffentlichte Studie auch eine Strategie zur Katalogisierung der adaptiven genetischen Vielfalt an den Klimawandel in einer Reihe von ökologisch wichtigen Nichtmodellarten.

Solche Kataloge können laut den ForscherInnen durch Hinzufügen von Populationsdatensätzen auf der Basis ganzer Genome erweitert werden, und so Varianten im gesamten Genom dokumentieren und strukturelle Informationen über verursachende Gene liefern.

„Die Verknüpfung der Genomik mit ökoevolutionären Modellen würde leistungsstarke Möglichkeiten zur Verfolgung und Vorhersage adaptiver Reaktionen und der Anfälligkeit für den Klimawandel entlang von Breitengradienten bieten“, so Steve Smith.

Publikationen

Der Artikel „Latitudinal variation in climate-associated genes imperils range edge populations“ von Steve Smith, Chris J. Brauer, Minami Sasaki, Peter J. Unmack, Gilles Guillot, Martin Laporte, Louis Bernatchez und Luciano B. Beheregaray wurde in Molecular Ecology veröffentlicht.