Ludwig-Maximilians-Universität München
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Biodiversitätsforschung

Das Mosaik der Merkmale

München, 02.05.2017

In der Evolution der Buntbarsche haben sich Fische auch unterschiedlicher Spezies gepaart. Das könnte eine nicht zu unterschätzende Rolle bei der Artbildung gespielt haben, wie die Analyse eines neun Millionen Jahre alten Fossils nahelegt.

Begegnung zweier Buntbarsche (Orthochromis sp.) in einem Fluss. Bild: Dr. U. Schliewen

Buntbarsche (Cichlidae) sind eine der artenreichsten Fischfamilien in tropischen Süßgewässern. Sie haben sich an zahlreiche ökologische Nischen angepasst, viele Arten sind hoch spezialisiert. Deshalb sind Buntbarsche für Evolutionsforscher ein ideales und zudem mittlerweile gut untersuchtes Modell, um die Entstehung der Arten nachzuvollziehen. Fossile Buntbarsche sind allerdings selten und meist nur fragmentarisch erhalten. LMU-Paläontologen um Professor Bettina Reichenbacher ist es nun gelungen, ein neu entdecktes ostafrikanisches Fossil zu charakterisieren und in den Stammbaum der Buntbarsche einzuordnen. Die neue Studie ermöglicht einen einmaligen Einblick in die Evolutionsgeschichte der Buntbarsche und unterstützt molekularbiologische Erkenntnisse, dass Hybridisierungen für die Artbildung wichtiger sein könnten als bisher gedacht. Bei einer Hybridisierung oder Bastardisierung entstehen Nachkommen aus der Paarung von Individuen verschiedener Arten oder gar Gattungen. Darüber hinaus liefert die Studie Hinweise auf die Umweltverhältnisse, die im Miozän im Gebiet des ostafrikanischen Grabenbruchs – dem Rift Valley – herrschten. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin Journal of Vertebrate Paleontology.

Der jetzt charakterisierte fossile Buntbarsch repräsentiert eine neue Gattung und Art (Tugenchromis pickfordi) und lebte im oberen Miozän, also vor etwa neun Millionen Jahren. Eine genaue Einordnung fossiler Cichliden in den Stammbaum der Buntbarsche ist sehr schwierig, weil dazu ihre Merkmale mit denen aller heutigen Buntbarsche verglichen werden müssen – bei deren Artenreichtum eine gewaltige Aufgabe. In Kooperation mit Dr. Ulrich Schliewen von der Zoologischen Staatssammlung München hat Reichenbacher mit ihrem Team nun einen Datensatz zusammengestellt, der für alle heute lebenden Cichliden-Linien und -Gattungen des Tanganjikasees repräsentativ ist. Insgesamt erfassten die Wissenschaftler mithilfe von Röntgenbildern die Knochenmerkmale von 763 Individuen aus 227 Arten. „Dieser einmalige Ansatz hat es uns erstmals ermöglicht, den fossilen Buntbarsch verlässlich in den Stammbaum der afrikanischen Buntbarsche einzuordnen. Dabei zeigte er sich als der älteste Vertreter von Buntbarsch-Linien, die im Rahmen der ostafrikanischen Radiation entstanden, einer spektakulären Diversifizierung, die eine große Artenvielfalt hervorbrachte“, sagt Reichenbacher.

Besonders herausfordernd war für die Wissenschaftler, dass der Fisch einen sogenannten Mosaik-Merkmalssatz hat: Das Fossil vereint in sich typische morphologische Merkmale dreier verschiedener Cichliden-Gruppen, die heute im Tanganjikasee vorkommen. Diese Merkmals-Kombination ist spannend, denn Molekularbiologen haben in heutigen Cichliden des Tanganjikasees Mosaik-Genome gefunden – das heißt, manche Arten vereinen in ihrem Genom Genmaterial mehrerer Arten unterschiedlicher Verwandtschaft. „Die Mosaik-Merkmalskombination des Fossils spiegelt eine solche Vermischung nun erstmals auch morphologisch wider“, sagt Erstautorin Dr. Melanie Altner.

Das Becken, in dem sich der Tanganjikasee heute befindet, entstand vor mindestens 5,5 Millionen Jahren. Früher ging man davon aus, dass sich so viele verschiedene Buntbarsche in dem See entwickeln konnten, weil aufgrund seines hohen Alters genügend Zeit für die Artenbildung vorhanden war. Neue Modelle auf der Basis von molekularbiologischen Untersuchungen gehen aber davon aus, dass Cichliden auch schon früher in Flüssen und Seen im Einzugsgebiet des heutigen Sees lebten und dass es schon dort Artbildung gab, unter anderem durch Hybridisierungen. „Bei Fischen kommt es nicht selten vor, dass solche Hybride, die dann Merkmale beider Arten tragen, fortpflanzungsfähig sind und sich weiter vermehren“, sagt Schliewen. Als das Klima im Verlauf des Miozäns und Pliozäns trockener wurde, blieben viele Cichlidenarten im Becken des Tanganjikasees zurück, das dann als „Schmelztiegel“ für die ehemals weit verbreiteten Arten diente. „Unser Fossil unterstützt die Hypothesen, dass Hybridisierungen für die Artbildung eine größere Rolle spielen, als man bisher dachte – und dass die Artbildung nicht erst im Tanganjikasee einsetzte“, sagt Reichenbacher.

Zudem gibt die neue fossile Buntbarschart Aufschluss über die damaligen Umweltbedingungen. Der Fundort des Fossils liegt in den Tugen-Hills im östlichen Zweig des ostafrikanischen Grabenbruchs, während der Tanganjikasee, in dem die heutigen Verwandten des Fischs leben, im westlichen Zweig des Grabenbruchs liegt. Der neun Millionen Jahre alte Fisch belegt daher ein bereits von Geologen vermutetes Gewässernetz zwischen dem westlichen und östlichen Zweig des ostafrikanischen Grabenbruchs, welches später im Zuge der fortschreitenden Grabenbildung verschwand. (Journal of Vertebrate Paleontology 2017)