Scott, P. A., T. C. Glenn & L. J. Rissler (2018): Formation of a recent hybrid zone offers insight to the geographic puzzle and maintenance of species boundaries in musk turtles. – Molecular Ecology 28(4): 761-771.
Die Ausbildung einer vor Kurzen entstandenen Hybridisierungszone liefert Einsichten in ein geographisches Puzzle und die Aufrechterhaltung von Grenzen zwischen Moschusschildkröten.
DOI: 10.1111/mec.14983 ➚
Sternotherus minor peltifer,
© Annett Werner
Speziation ist das Ergebnis einer Akkumulation von Fortpflanzungsbarrieren zwischen Populationen wobei die genauen Ursachen für das Auftreten dieser Barrieren oft schwierig auszumachen sind. Allerdings können sich auch wieder Hybridisierungszonen ausbilden, wenn diese Barrieren durchlässig bleiben oder werden und insbesondere dann, wenn einstmals getrennte Evolutionslinien in intermediären oder sich verändernden Lebensräumen wieder Kontakt zueinander bekommen. Wir untersuchten hier eine Hybridzone zwischen zwei naheverwandten Flussschildkröten, Sternotherus depressus und S. peltifer. Dabei nutzten wir die ddRAD-Sequenzierung um herauszufinden wie die diese Hybridisierungszone entstehen konnte und wir erforschten damit auch das genomische Muster der Fortpflanzungsisolation. Zuerst beschreiben wir das geographische Ausmaß und den Zeitverlauf für die Entstehung der Hybridisierungszone um den Zusammenhang aufzuzeigen der erklärt welche Rolle in diesem System die extrinsischen und intrinsischen Mechanismen der Fortpflanzungsisolation (Barrieren) spielen. Dann gehen wir auf die Stärke der Selektionsmechanismen und die taxonspezifischen Beteiligungen an der Hybridzone ein wozu wir ein Genomisches Bayasian-Cline-Modell anwendeten. Diese Analysen fanden einerseits auf einer Seite der Hybridzone einige Selektionsmechanismen in Genabschnitten die einer Introgression (Hybridisierung) entgegenstehen identifizierten aber auch auf der anderen Seite viele geneomische Regionen die die Introgression fördern. Wenn man selektive Selektionsdrücke berücksichtigt die notwendig sind um Abweichungen vom genomischen Gradienten abzuleiten und diese in einem Kontext mit den geographischen und zeitlichen Abläufen für diese Hybridzone stellt zeigt sich für uns, dass eine habitatspezifische Selektion dafür sorgt, dass die Introgression von S. depressus zu S. peltifer in Richtung des Wasserabflusses innerhalb des Flusssytems begrenzt ist. Allerdings die Selektionsmechanismen führen auch zu einer schnellen unidirektionalen Introgression von S. peltifer zu S. depressus die sehr wahrscheinlich durch Habitatveränderungen die vom Menschen verursacht wurden zu erklären sind. Diese Erkenntnisse verweisen auf eine immanente, potentielle Gefährdung auf Populationsniveau mit einer möglichen genetischen Ausrottung für eine ohnehin stark bedrohte Art die durch anhaltende menschengemachte Habitatveränderungen verursacht wird.
Sternotherus minor,
© Hans-Jürgen Bidmon
Kommentar von H.-J. Bidmon
Diese Arbeit beschreibt ein schönes Beispiel für ein sich gerade vor unseren Augen ereignendes Hybridierungsereignis zwischen zwei Schildkrötenarten. Ich würde zwar ohnehin eher von zwei Schildkrötenunterarten reden als von vollwertigen Arten, denn ich denke man tut nach allem was wir bisher lernen konnten gut daran die Bezeichnungen S. minor minor, S. m. peltifer, S. m. intermedius (Scott et al., 2018) und S. m. depressus beizubehalten auch dann, wenn ich damit vielen „Neuzeittaxonomen“ widersprechen dürfte. Gerade solche Ereignisse zeigen uns doch wie solche Prozesse ablaufen und wie naheliegend die Zusammenhänge sich eigentlich darstellen. Dieses ganze Schubladendenken und zerstückeln eigentlich zusammenhängender komplexer Mechanismen und Abläufe erzeugt zu häufig ein falsches Bild und führt zu fehlerhaften Situationsanalysen und Einschätzungen die die Zukunft von Leben auf diesen Planeten noch stärker gefährden können als es ohnehin schon der Fall ist. Gerade die häufigen Hybridisierungsereignisse bei Schildkröten die auch im Kontext zu ihren äußerst lange zurückreichenden Fossilrekord und damit auch Überlebensrekord (Georges et al., 2018; Bidmon, 2017 und die dortige Literatur) gesehen werden sollten, sollten uns daran erinnern, dass wir es lernen müssen „Komplexe Systeme“ im Zusammenhang zu verstehen und zwar nicht nur bei Schildkröten nein bis hin zu unserer eigenen Evolutionslinie (siehe dazu jüngste Befunde Slon et al., 2018, Clyde, 2018). Diesbezüglich kann man sich da nur der Feststellung von Scheffer & van Nes (2018) anschließen: „Understanding complex systems as a whole is crucial if we want to understand resilience and regime shifts, be it in the biosphere or in the human body“ (Das Verstehen komplexer Systeme als Ganzes ist essentiell, wenn wir verstehen wollen wie Widerstandsfähigkeit und Lebensparameterverschiebungen wirken, sei es die Biosphäre oder den menschlichen Körper betreffend. Siehe auch Scheffer et al., 2018). Hier meine ich müssen wir auch lernen in viel weitreichenderen Zusammenhängen zu denken, denn wenn, um nur ein Extrembeispiel zu nennen, sich Köhlerschildkröten aus Südamerika noch erfolgreich mit Strahlenschildkröten aus Madagaskar reproduzieren können (Fritz, 1995), dann ist das nicht nur ein aus unserer Sicht unnatürliches Hybridisierungsereignis sondern es zeigt auch welches Potential für ein Langzeitüberleben unter langfristig ablaufenden geologischen Veränderungen sich diese Tiere erhalten haben. Siehe dazu auch Kommentare zu Hennessy, (2015).
Sicherlich wäre es schade, wenn eine Unterart wie S. m. depressus verschwinden würde, aber dieses subjektive Verlustgefühl ist eine menschliche Empfindung die nur dadurch entsteht, dass wir als Menschen uns schuldig fühlen, weil unser Einwirken dazu beiträgt. Allerdings müssen wir auch sehen, dass auch andere vom Menschen völlig unabhängige Umweltveränderungen zum Verschwinden wie auch zur Entstehung neuer Evolutionslinen beigetragen haben und immer noch beitragen: Es sich letztendlich aus einer mehr globalen Sichtweise heraus um ganz natürliche Vorgänge handelt die mit Umweltveränderungen einhergehen und zu adaptiven Veränderungen führen. In diesem speziellen Fall ist es der Mensch der durch das Anlegen von Staudämmen im nördlichen Black-Warrior-Flusssystem dafür sorgt, dass die steinigen Böden der Bachläufe versanden und die Steine zwischen denen sich S. m. depressus aufhalten zunehmend unter Schlick und und Schlamm verschwinden so dass die Körperform einer S. m. peltifer eben besser an diese neue Habitatform angepasst ist und deshalb S. m. peltifer verstärkt in diese Habitate einwandern kann und die Hybridindividuen die S. m. peltifer ähnlicher sind zunehmend Selektionsvorteile geniesen. Trotzdem beinhalten sie auch genomische Anteile von S. m. depressus was uns doch zeigt, dass auch das Genom von S. m. depressus nicht ganz verschwindet. Wahrscheinlich genauso wie wir noch Anteile des Neanderthalergenoms in uns tragen. Es ist also eher unser subjektives Empfinden das unsere Sichtweisen prägt. Für die Natur als „Komplexes System“ sind es zwangsläufige natürliche und wahrscheinlich auch adaptive Prozessabläufe die wir hier beobachten. Der Mensch gehört auch zur Natur und wir sollten nicht so tun als sei das etwas Neues und Verwerfliches, denn ich denke Mal alle unsere Haustiere sind lebende Zeugnisse für solche Prozessabläufe. Die letztendlich auch für einige Arten enorme Überlebensvorteile mit sich brachten, denn viele ihrer wildlebenden Ursprungsformen sind bedroht oder gar ausgestorben während ihre Haustiernachfahren in etlichen Fällen es zu enorm großen und global verbreiten Populationsgrößen mit Hilfe der Adaptationsfähigkeit an den Menschen gebracht haben. Sicher ich will hiermit in keiner Weise den Artenschutz und seine Bemühungen untergraben, aber wir sollten auch versuchen die Vorgänge richtig einzuordnen und wenn sie so wollen auch zu werten, denn obwohl es wahrscheinlich auch etwas Unnatürliches zu sein scheint können wir ohne Bewertung von Dingen als soziale Lebensform Homo sapiens keine Entscheidungen treffen und unseren eigenen Verhaltenskodex innerhalb dieses komplexen Gefüges nicht justieren. Ja und bei der Bewertung und Einordnung solch komplexer Zusammenhänge könnte uns die Prozessierung großer Datenmengen (Big Data) durchaus behilflich sein und zwar in vielerlei Hinsicht (siehe z. B. Rocha et al., 2018).
Literatur
Bidmon, H.-J. (2017): Sind phylogenetische Stammbäume nur ein Traum? – Schildkröten im Fokus 14(1): 14-27 ➚.
Bidmon, H.-J. (2018): Kommentar zu Gong, S., M. Vamberger, M. Auer, P. Praschag & U. Fritz (2018): Millennium-old farm breeding of Chinese softshell turtles (Pelodiscus spp.) results in massive erosion of biodiversity. – Naturwissenschaften 105(5-6): 34 oder Abstract-Archiv.
Clyde, D. (2018): The girl with Neanderthal and Denisovan parents. – Nature Reviews Genetics 19(11): 668-669.
Fritz, U. (1995): Schildkröten-Hybriden. 2. Halsberger-Schildkröten (Cryptodira). – Herpetofauna 17(95): 19-34.
Georges, A., B. Gruber, G. B. Pauly, D. White, M. Adams, M. J. Young, A. Kilian, X. Zhang, H. B. Shaffer & P. J. Unmack (2018): Genome-wide SNP markers breathe new life into phylogeography and species delimitation for the problematic short-necked turtles (Chelidae: Emydura) of eastern Australia. – Molecular Ecology 27(24): 5195-5213 oder Abstract-Archiv.
Hennessy, E. (2015): The Molecular Turn in Conservation: Genetics, Pristine Nature, and the Rediscovery of an Extinct Species of Galapagos Giant Tortoise. – Annals of the Association of American Geographers 105(1): 87-104 oder Abstract-Archiv.
Rocha, J. C., G. Peterson, Ö. Bodin & S. Levin (2018): Cascading regime shifts within and across scales. – Science 362(6421): 1379-1383.
Scheffer, M., J. E. Bolhuis, D. Borsboom, T. G. Buchman, S. M. W. Gijzel, D. Goulson, J. E. Kammenga, B. Kemp, I. A. van de Leemput, S. Levin, C. M. Martin, R. J. F. Melis, E. H. van Nes, L. M. Romero & M. G. M. Olde Rikkert (2018): Quantifying resilience of humans and other animals. – Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 115(47): 11883-11890.
Scheffer, M. & E. H. van Nes (2018): Seeing a global web of connected systems. – Science 362(6421): 1357; DOI: 10.1126/science.aav8478 ➚.
Slon, V., F. Mafessoni, B. Vernot, C. de Filippo, S. Grote, B. Viola, M. Hajdinjak, S. Peyrégne, S. Nagel, S. Brown, K. Douka, T. Higham, M. B. Kozlikin, M. V. Shunkov, A. P. Derevianko, J. Kelso, M. Meyer, K. Prüfer & S. Pääbo (2018): The genome of the offspring of a Neanderthal mother and a Denisovan father. – Nature 561(7721): 113-116.
Scott, P. A., T. C. Glenn & L. J. Rissler (2018): Resolving taxonomic turbulence and uncovering cryptic diversity in the musk turtles (Sternotherus) using robust demographic modeling. – Molecular Phylogenetics and Evolution 120: 1-15 oder Abstract-Archiv.
Galerien
Sternotherus depressus – Flache Moschusschildkröte
Sternotherus minor – Kleine Moschusschildkröte
Sternotherus minor peltifer – Nördliche Zwerg-Moschusschildkröte