Wechselkröten zeigen: Arten mit vielfachen Genomen haben lediglich entfernt verwandte Vorfahren

(21.02.2018) Die meisten Wirbeltiere haben zwei Chromosomensätze, einen von der Mutter und einen vom Vater – auch wir Menschen sind diploid. Viel seltener ist die Polyploidie, also der Besitz von drei oder mehr Chromosomensätzen.

Um die Entstehung neuer Wirbeltierarten zu erforschen, studieren EvolutionsbiologInnen Wechselkröten – diese können diploid oder polyploid sein.

Dr. Matthias Stöck vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei und ForscherInnen der Universität Lausanne und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung haben einen Stammbaum für die eurasischen Wechselkrötenarten vorgelegt: Die polyploiden Arten stammen von Elternlinien mit sehr geringem Verwandtschaftsgrad ab.


Bufo shaartusiensis ist eine diploide Krötenart aus Shaartuz in Süd-Tadschikistan und wurde als mütterlicher Vorfahre von Kröten mit drei Chromosomensätzen identifiziert.

Die meisten polyploiden Fische, Amphibien und Reptilien gehen auf das Verschmelzen des Erbgutes zweier genetisch getrennter Stammformen zurück: Alle Chromosomen der Stammformen werden beibehalten und es entstehen Arten mit mehr als zwei Chromosomensätzen.

So können sich innerhalb weniger Generationen neue Arten bilden, die Eigenschaften und Merkmale aufweisen, die beide Elternlinien überhaupt nicht besitzen (transgressive Merkmale).

Die polyploide hybride Artbildung unterscheidet sich damit deutlich von der klassischen (u.a. der allopatrischen) Artbildung, die über sehr lange Zeiträume und zumeist über die räumliche Trennung von Populationen erfolgt.

Beide Formen der Artbildung kommen bei Wechselkröten vor. In mehreren Gebieten Eurasiens treffen sich seit unterschiedlich langer Zeit getrennte Formen europäischer diploider Wechselkrötenarten und paaren sich – allerdings ohne dadurch polyploide Kröten hervorzubringen. Einige asiatische Wechselkrötenarten hingegen haben Kröten mit drei oder vier Chromosomensätzen (Tri- oder Tetraploidie) hervorgebracht.

Die AutorInnen verglichen ihre Ergebnisse zur Evolution eurasischer Wechselkröten mit publizierten Daten polyploider Fische, Amphibien und Reptilien. „Voraussetzung für die erfolgreiche Evolution polyploider Wirbeltiere ist vermutlich eine möglichst große evolutionäre Divergenz der Vorfahren – also ein nur sehr geringer Verwandtschaftsgrad“, fasst Dr. Matthias Stöck, Evolutionsbiologe am IGB, die wichtigste Erkenntnis der Studie zusammen.

Die genetische Untersuchung der heute vorkommenden Arten hat ergeben, dass nur die seit etwa sechs Millionen Jahren getrennten Formen zur Evolution polyploider Wechselkröten beigetragen haben. Die näher verwandten Linien haben lediglich Hybridkröten mit zwei Chromosomensätzen hervorgebracht.

Die WissenschaftlerInnen stellten zudem fest, dass die polyploiden Krötenformen vorwiegend seit Beginn der Eiszeit (vor etwa zwei Millionen Jahren) entstanden sind.

Sie vermuten, dass sich die polyploiden Kröten dank der neuen Eigenschaften und Merkmale durch die „zusätzlichen“ Chromosomensätze in den extremeren Klimabedingungen besser behaupten und so auch neue ökologische Nischen besetzen konnten.

Publikation

Betto-Colliard C., Hofmann S., Sermier R., Perrin N. & Stöck M. (2018): Profound genetic divergence and asymmetric parental genome contributions as hallmarks of hybrid speciation in polyploid toads. Proceedings of the Royal Society B [DOI:10.1098/rspb.2017.2667].



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