Entstehung von Arten

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Die Entstehung neuer Arten hängt oft damit zusammen, dass sich Angehörige zweier Populationen nicht mehr verpaaren, weil sich ihre Präferenzen bei der Partnerwahl so verschoben haben, dass sie sich gegenseitig nicht mehr attraktiv finden. Ein Beispiel sind die eng verwandten tropischen Schmetterlingsarten Heliconius melpomene und Heliconius cydno: Die Schmetterlinge werden oft gemeinsam beobachtet und können sogar fruchtbare Nachkommen miteinander zeugen – aber trotzdem mischen sie sich kaum. Wie solche verhaltensbedingten Fortpflanzungsbarrieren entstehen, ist bisher weitgehend unbekannt. „Wenn Verhaltensänderungen genetisch bedingt sind, wie es bei unseren Schmetterlingen die Partnerwahl zu sein scheint, müssen sie mit Veränderungen in der Wahrnehmung einhergehen, also mit Veränderungen bei der Wahrnehmung oder Verarbeitung von Reizen“, sagt Dr. Richard Merrill. Mit seinem Team ist es dem LMU-Evolutionsbiologen in Kooperation mit Forschern am Smithsonian Tropical Research Institute in Panama und an der Universität Cambridge (Großbritannien) nun gelungen, fünf Gene zu identifizieren, die mit den unterschiedlichen Präferenzen der Schmetterlinge zusammenhängen. Wie die Wissenschaftler im Fachmagazin Nature Communications berichten, deuten diese Gene auf Veränderungen bei der Verarbeitung visueller Sinneseindrücke hin.

Heliconius melpomene und Heliconius cydno unterscheiden sich durch die Warnmuster, mit denen sie Fressfeinde vor ihrer Ungenießbarkeit warnen: H. melpomene hat schwarz, rot und gelb gefärbte Flügel, während diejenigen von H. cydno schwarz und weiß sind. Insbesondere die Männchen beider Arten bevorzugen deutlich Partner mit gleicher Färbung wie sie selbst. Auf der Suche nach den genetischen Grundlagen dieses Verhaltens konnten die Wissenschaftler bereits in früheren Untersuchungen drei genomische Regionen identifizieren, die mit der unterschiedlichen Paarungspräferenz assoziiert sind. Eine dieser Regionen hatte einen besonders starken Einfluss auf die Ausdauer, mit der ein Männchen um ein Weibchen einer bestimmten Farbe wirbt. In der Nähe dieses Chromosomenabschnitts befindet sich auch das sogenannte Optix-Gen, das für die roten Farbmuster von H. melpomene ursächlich ist. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass solche engen räumlichen Verknüpfungen die Artbildung erleichtern. Allerdings umfasst die vielversprechende Kandidatenregion insgesamt mehr als 200 Gene.

In der neuen Studie verglich Matteo Rossi, Doktorand in Merrills Team und Erstautor der Studie, die Gensequenzen und die Aktivität dieser Gene in neuralem Gewebe – dazu gehörten Zentralhirn, visuelle Impulse verarbeitende Strukturen im Gehirn und das Facettenauge bildende Einzelaugen – von H. melpomene und H. cydno. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler fünf Gene identifizieren, die bei den beiden Arten differieren und mit den unterschiedlichen visuellen Präferenzen assoziiert sind. Drei dieser Gene hängen mit Schlüsselkomponenten der neuronalen Signalübertragung zusammen. „Insgesamt deuten unsere Kandidatengene darauf hin, dass die unterschiedlichen Vorlieben für die Farbe des Partners auf Unterschieden bei der Verarbeitung der visuellen Information beruhen – die Tiere sehen nicht anders, aber sie reagieren unterschiedlich auf die Warnmuster“, sagt Rossi. „Auf diese Weise können sich im Lauf der Evolution die Partnerpräferenzen verschieben, ohne dass auch die Wahrnehmung der weiteren Umgebung verändert ist.“Nature Communications 2020