Meine Güte, auf dieser kleinen Insel kann man die Evolution wirklich mit bloßem Auge „sehen“!

Schon nach wenigen Dutzend Generationen ist das Erscheinungsbild völlig anders.

Die wunderschönen Koster-Inseln vor der Westküste Schwedens sind einer der sonnigsten Orte Schwedens und ziehen jedes Jahr fast 100.000 Touristen an. Die Meeresbrise weht hier sanft, die Landschaft ist wunderschön und es gibt auch viele Meeresfrüchte wie Garnelen, Austern und Krabben.

Doch selbst ein so schöner Ort kann der ökologischen Krise nicht entkommen. Im Mai 1988 kam es zu einer plötzlichen Ausbreitung der giftigen Alge Chrysochromulina polylepis, die schwerwiegende Auswirkungen auf das örtliche Meeresleben hatte, darunter auch auf die Felsen-Strandschnecke (Littorina saxatilis), die entlang der Nordatlantikküste weit verbreitet ist. Ihre Zahl ging rapide zurück und einige Populationen auf kleinen Inseln starben sogar aus. Selbst nach 4 Jahren sind sie mancherorts immer noch schwer zu finden.

Im Jahr 1992 stellte Kerstin Johannesson, eine Meeresökologin an der Universität Göteborg in Schweden, die Frage: Könnten Strandschnecken auf Inseln, auf denen sie ausgestorben waren, wieder angesiedelt werden? Auf diese Weise begann still und leise ein 30-jähriges ökologisches Experiment.

Überraschenderweise brachte dieses Experiment neben der Wiederherstellung der Population auch eine noch größere Entdeckung zutage: Die Evolution kann erstaunlich schnell sein. In nur wenigen Jahrzehnten oder sogar weniger hat das Felsen-Immergrün Veränderungen erfahren, die mit bloßem Auge sichtbar sind. Dieses Forschungsergebnis wurde kürzlich in Science Advances veröffentlicht.

Wellen und Krabben

Strandschnecken leben typischerweise in zwei sehr unterschiedlichen Umgebungen: an der Küste, wo es viele Krabben gibt, und auf winzigen Felseninseln, wo es nur wenige Krabben gibt, die Brandung jedoch stark ist. Unterschiedliche Umgebungen haben unterschiedliche Überlebensstrategien hervorgebracht. Die in diesen beiden Umgebungen lebenden Felsenschnecken weisen auch deutliche Unterschiede in Körpergröße, Schalenform, Schalenfarbe und sogar Verhalten auf.

Strandschnecken, die in Gebieten mit vielen Krabben leben, werden als „ Krabben-Ökotyp “ bezeichnet: Sie sind größer, haben dicke und starke Schalen, schmale und schlanke Schalenöffnungen und weisen meist keine Muster auf der Schalenoberfläche auf; und um Raubtieren auszuweichen, verhalten sie sich vorsichtiger. Im Gegensatz dazu ist der „ Wellenökotyp “, der in wellenreichen Gebieten lebt, viel leichter: Er ist kleiner, hat dünne Schalen, breite und runde Schalenöffnungen, oft mit einzigartigen Farben und Mustern auf ihren Schalen, und sein Verhalten ist mutiger. Auf den Koster-Inseln kommen beide Ökotypen der Strandschnecken vor und sie leben möglicherweise sogar Seite an Seite auf derselben Insel oder nur wenige hundert Meter voneinander entfernt im Meer.

Felsstrandschnecken vom „Krabbenökotyp“ und „Wellenökotyp“ leben in unterschiedlichen Umgebungen (Bildquelle: Originalarbeit)

Vor diesem Hintergrund begann Johannesson ihre Experimente. Sie plant, den „Krabben-Ökotyp“ der Felsen-Immergrün in einen Lebensraum einzuführen, der ursprünglich ein „Wellen-Ökotyp“ war. Mit anderen Worten wollte sie sehen, was passiert, wenn eine Gruppe von Strandschnecken, die ursprünglich an den Lebensraum von Krabben angepasst sind, in eine unbekannte Umgebung mit starkem Wellengang gebracht wird.

Im Mai 1992 veröffentlichten Johannesson et al. sammelte etwa 700 erwachsene Strandschnecken des „Krabben-Ökotyps“ von einer krabbenreichen Küste. Nur 320 Meter von dieser Küstenlinie entfernt liegt eine kleine Felseninsel im Meer, die nur etwa 3 Quadratmeter groß ist. Der ursprüngliche Bestand an Immergrün hat sich dort nie erholt. Diese kleine Insel ist etwa 160 Meter von der nächstgelegenen Insel entfernt, auf der das „Wellenökosystem“ Immergrün noch lebt.

Abbildung A: Die felsige Insel im Meer, auf die Wissenschaftler die Felsenschnecken vom „Krabben-Ökotyp“ verpflanzt haben; Abbildung B: Die felsige Insel im Meer, fotografiert von Wissenschaftlern aus dem Gebiet, in dem die Schnecken des „Krabben-Ökotyps“ gesammelt wurden; Abbildung C: Das Gebiet, in dem die Wissenschaftler die Schnecken vom „Krabben-Ökotyp“ gesammelt haben, liegt etwa 320 Meter von der Felseninsel im Meer entfernt, und die Insel ist etwa 160 Meter von der nächstgelegenen Insel entfernt, auf der die Schnecken vom „Wellen-Ökotyp“ noch leben; Abbildung D: Schneckenproben vom Typ „Krabben-Ökotyp“ und „Wellen-Ökotyp“ (Bildquelle: Originalarbeit)

Diese isolierte Insel wurde zum Ort des Experiments. Die Forscher verpflanzten die 700 erwachsenen Schnecken auf die Insel und als sie einen Monat später zurückkehrten, stellten sie fest, dass nur noch etwa 50 übrig waren. Natürlich könnten auch einige Larven auf der Insel freigelassen worden sein, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind. Seitdem kehrt das Forschungsteam in unregelmäßigen Abständen auf die Insel zurück, um Proben zu sammeln. Diese Schnecken können jedes Jahr ein bis zwei Generationen hervorbringen, sodass sie im Laufe von 30 Jahren etwa 60 Evolutionsgenerationen durchlaufen haben.

Überraschenderweise zeigten die verpflanzten Immergrüne schnell ihre Anpassungsfähigkeit an die neue Umgebung. Die Forscher sagen, dass die meisten der von ihnen beobachteten Veränderungen bereits innerhalb der ersten drei Jahre abgeschlossen waren. Dreißig Jahre später haben die Strandschnecken auf der Insel enorme Veränderungen durchgemacht. Sie ähnelten immer mehr dem „Wellen-Ökotyp“: Die Schalenöffnung war breiter, die Schale dünner und glatter, die Farbe satter und fast die Hälfte der Schalen hatte Linien. Heute sind sie von den Populationen des „Wellenökotyps“ auf den umliegenden Inseln kaum noch zu unterscheiden.

Veränderungen in Fels-Strandschnecken über 30 Jahre (Bildnachweis: Institute of Science and Technology Austria)

Neben den deutlichen Veränderungen im Aussehen erfuhren auch die Genome dieser Felsenschnecken Anpassungen, die den Erwartungen der Forscher entsprachen: In ihren Chromosomen traten zahlreiche Geninversionen auf, die beim „Wellen-Ökotyp“ häufiger vorkommen. Die Forscher weisen darauf hin, dass diese genetischen Merkmale nicht aus dem Nichts entstanden sind. Denn wenn die Zahl der Individuen einer Population begrenzt ist und die Generationserneuerungsrate niedrig ist, dauert es normalerweise sehr lange, bis sich von Grund auf völlig neue adaptive Merkmale entwickeln, weil es schwierig ist, in kurzer Zeit genügend vorteilhafte Mutationen anzusammeln.

Warum also können diese Schnecken in nur wenigen Dutzend Generationen so bedeutende Veränderungen durchlaufen? Die Forscher gehen davon aus, dass es hierfür zwei Faktoren geben könnte. Einerseits lag das Gebiet, in dem sie ursprünglich Individuen vom „Krabben-Ökotyp“ sammelten, in der Nähe, wo eine große Zahl von Populationen vom „Wellen-Ökotyp“ verbreitet war. Daher könnte es bereits zu einem stillen Genfluss gekommen sein, der dazu geführt hat, dass diese Individuen des „Krabben-Ökotyps“ ebenfalls einige Allele in sich tragen, die mit der Wellenanpassung in Zusammenhang stehen , allerdings in einem geringeren Anteil. Andererseits könnten auch Individuen des „Wellenökotyps“ von anderen nahegelegenen Inseln auf diese felsige Insel driften und neue genetische Variationen mitbringen.

Heute ist die einst verlassene Insel wieder von Strandschnecken besiedelt, deren Population auf etwa 1.000 Individuen angewachsen ist und eine stabile und blühende neue Gemeinschaft geschaffen hat. Dieses Experiment offenbart uns auch eine wichtige Tatsache: Angesichts drastischer Umweltveränderungen ist eine schnelle Evolution der Arten nicht unmöglich; es kann innerhalb weniger Dutzend Generationen schnell geschehen.

Tatsächlich verändern menschliche Aktivitäten auch den Evolutionsprozess der Arten. Dies bringt uns auch zu einer Frage, über die es sich nachzudenken lohnt: Der Mensch verändert die Erde so schnell. Bleibt diesen Lebewesen noch genug Zeit?

Verweise

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Koster_Islands

[2]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp2102

[3]https://ista.ac.at/en/news/evolution-in-real-time/

Planung und Produktion

Quelle: Global Science (ID: huanqiukexue)

Herausgeber: Zhong Yanping

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin