Wöchentlicher Wissenschaftstalk | Wie haben sich Große Pandas von Fleischfressern zu „Vegetariern“ entwickelt?

Die Menschen lieben die entzückenden Großen Pandas, die als „Nationalheiligtümer“ gelten, und auch die Art und Weise, wie sie langsam und gemächlich Bambus fressen, ist beeindruckend. Viele Menschen glauben, dass sich Große Pandas ursprünglich von Bambus ernährten, doch tatsächlich waren die Vorfahren der Großen Pandas vor Millionen von Jahren Fleischfresser.

Wie wurde der Große Panda vom Fleischfresser zum Vegetarier, der sich ausschließlich von Bambus ernährt? Wie haben Menschen dazu beigetragen, dass Große Pandas nicht mehr vom Aussterben bedroht sind? Ein Forschungsteam unter der Leitung von Wei Fuwen, einem Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Forscher am Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, gab eine wissenschaftliche Antwort und bot eine wirksame Lösung zum Schutz der Großen Pandas. Ihr Projekt „Forschung zur adaptiven Evolution und zu Gefährdungsmechanismen von Großen Pandas“ gewann 2019 den zweiten Preis des National Natural Science Award.

Um zu untersuchen, wie sich Große Pandas an nährstoffarmen Bambus anpassen, führte Wei Fuwens Team eine systematische Studie mit verschiedenen technischen Mitteln und Forschungsmethoden durch und entdeckte eine Reihe von Anpassungen, die Große Pandas hinsichtlich Morphologie, Genetik, Verhalten, Physiologie und Darmmikroorganismen an Bambus vorgenommen haben.

Was die Morphologie betrifft, haben Große Pandas, wie auch Rote Pandas, die sich ebenfalls von Bambus ernähren, Pseudodaumen entwickelt, die ihnen beim Greifen von Bambus helfen. Genetisch zeigte die Genomanalyse, dass sowohl Große als auch Rote Pandas ähnliche genetische Veränderungen durchgemacht haben, um sich an die Bedürfnisse der Pseudodaumenentwicklung und der Aufnahme von Nährstoffen aus Bambus anzupassen. Eines der Rezeptorgene für die Wahrnehmung des Umami-Geschmacks von Fleisch ist zu einem nicht-funktionalen Pseudogen geworden, während die Gene anderer Fleischfresser noch immer ihre normalen Funktionen behalten.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass Große Pandas Strategien wie mehr Essen, mehr Verdauung und weniger Bewegung entwickelten, um sich an den nährstoffarmen Bambus anzupassen. Daher sind die Großen Pandas, die wir sehen, rund und langsam. Die erste Strategie der Großen Pandas besteht darin, große Mengen an Nahrung zu sammeln. Sie sind außerdem „wählerische Esser“. Sie fressen nicht alle Bambusarten. Sie neigen dazu, die Bambusarten mit dem besten Nährstoffgehalt auszuwählen und so weit wie möglich ausreichend Nährstoffe und Energie aus Bambussprossen, Bambusblättern und Bambusstämmen mit mäßigem Basisdurchmesser zu gewinnen.

Es reicht nicht aus, einfach mehr zu essen. Große Pandas versuchen auch, die Effizienz der Bambusverwertung zu maximieren. Studien haben gezeigt, dass Große Pandas nicht nur mehr als 90 % des Proteins und Fetts des Bambus verwerten, den sie zu sich nehmen, sondern auch etwa 8 % der Zellulose und 27 % der Hemizellulose. Der Verdauungstrakt des Großen Pandas selbst sondert jedoch keine Enzyme ab, die Zellulose und Hemizellulose abbauen. Das Geheimnis liegt in der Anwesenheit einer großen Anzahl von Darmmikroorganismen in ihrem Magen-Darm-Trakt, die Zellulose verdauen können. Diese Mikroorganismen können zahlreiche Enzyme produzieren, die Zellulose und Hemizellulose abbauen und den Fettstoffwechsel fördern. Ihre Enzyme verändern sich außerdem mit den Jahreszeiten, um sich an die Veränderungen im Nährstoffgehalt des Bambus anzupassen, den die Großen Pandas in den verschiedenen Jahreszeiten fressen. Dies ist das Geheimnis, wie Große Pandas durch den Verzehr von Bambus an Gewicht zunehmen können.

Es wäre großartig, wenn es Bambus im Überfluss gäbe, aber was wäre, wenn es zu einer Nahrungsmittelknappheit käme? Daher verfügen Große Pandas über eine weitere adaptive Evolution, die darin besteht, den Energieverbrauch zu minimieren, und der direkteste Weg, dies zu erreichen, besteht darin, die Aktivität zu reduzieren. Große Pandas verbringen mehr als die Hälfte ihrer Zeit mit Ausruhen und die durchschnittliche Bewegungsdistanz wilder Großer Pandas pro Stunde beträgt nicht mehr als 20 Meter. Natürlich ist es nicht so, dass Große Pandas ohne Bewegungsfreude geboren werden, aber sie scheinen verstanden zu haben, dass Nährstoffe schwer zu bekommen sind und nicht verschwendet werden sollten. Neben der Reduzierung des Trainingsverhaltens haben sie sich auch viele physiologische „Gedanken“ gemacht. Beispielsweise sind Leber, Nieren und andere Organe von Großen Pandas im Laufe der Evolution allmählich geschrumpft, um den Energieverbrauch weiter zu senken. Dickes Fell kann außerdem den Wärmeverlust verringern, sodass die Körperoberflächentemperatur niedriger ist. Diese adaptiven Entwicklungen haben dazu geführt, dass Große Pandas einen sehr niedrigen Energiestoffwechsel haben, der fast mit dem langsamer Faultiere vergleichbar ist.

Manche Menschen glauben auch, dass sie keinen Sport treiben möchten, um Energie zu sparen, was sogar zu einer geringen Reproduktionseffizienz der Bevölkerung führt. In diesem Zusammenhang hat das von Akademiemitglied Wei Fuwen geleitete Forschungsteam diese Spekulation zurückgewiesen. Mithilfe der Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie der zweiten Generation und Methoden der Populationsgenomik entdeckten die Forscher, dass die existierenden Großen Pandas in drei genetische Populationen unterteilt sind, nämlich die Qinling-, Minshan- und Qionglai·Xiangling·Liangshan-Populationen. Jede Subpopulation verfügt über eine hohe genetische Vielfalt, langfristige evolutionäre Fähigkeiten und eine hohe genetische Diversität und es besteht derzeit keine Gefahr der Gefährdung. Historisch gesehen haben diese Populationen zwei Expansionen, zwei Engpässe und zwei Divergenzen erlebt, und der quartäre Klimawandel ist der Hauptgrund für ihre Populationsschwankungen und -differenzierung. Insbesondere die menschlichen Aktivitäten seit der letzten Eiszeit und dem Holozän haben dazu geführt, dass ihre Populationen stark zurückgegangen sind und sogar gefährdet sind. Der Beginn der Zwischeneiszeit schuf die Voraussetzungen für die Ausbreitung der Population des Großen Pandas.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Intensivierung menschlicher Aktivitäten in der Neuzeit zu einer Fragmentierung des Lebensraums wildlebender Großer Pandas geführt hat und dass die Population durch den Menschen – ob absichtlich oder unabsichtlich – in kleinere Gruppen aufgeteilt wurde. Die genetische Vielfalt dieser kleinen Gruppen ist stark reduziert. Daraus lässt sich schließen, dass die derzeitige geringe Population der Großen Pandas nicht auf ihre mangelnde Anpassungsfähigkeit an Umweltveränderungen zurückzuführen ist, sondern hauptsächlich auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen ist. Wenn nichts unternommen wird, besteht für einige wildlebende Populationen des Großen Pandas die Gefahr der Gefährdung oder sogar der Ausrottung. Daher befürworten Forscher die Freilassung gefangener Großer Pandas und schlagen vor, ökologische Korridore zwischen den verschiedenen Lebensräumen der Großen Pandas zu bauen, um die Verbindungen zwischen kleinen Populationen, die durch künstliche Faktoren wie Straßen oder Eisenbahnen getrennt sind, wiederherzustellen. So soll der genetische Austausch zwischen ihnen erleichtert und so das Risiko einer Gefährdung verringert werden.

Es ist erwähnenswert, dass Forscher bei der Untersuchung der adaptiven Evolution und der Gefährdungsmechanismen von Großen Pandas häufig auf molekulargenetische Technologien zurückgreifen müssen, für die die DNA des Pandas gesammelt werden muss. Da wildlebende Große Pandas jedoch ein großes Aktivitätsspektrum haben und sich unregelmäßig aufhalten, ist es schwierig, ihre DNA zu sammeln. Aus diesem Grund haben Forscher ein zerstörungsfreies System zur genetischen Analyse entwickelt, das die DNA der Darmzellen, die mit dem Kot von Großen Pandas ausgeschieden werden, für eine genetische Analyse verwendet und so einzelne Große Pandas genau identifizieren kann. Diese Methode wird im ganzen Land häufig bei Untersuchungen und der Überwachung der Population wildlebender Großer Pandas eingesetzt.

Die oben genannten Forschungsergebnisse des Teams von Akademiemitglied Wei Fuwen haben theoretische und praktische Leitlinien für den Schutz der Großen Pandas in meinem Land geliefert und einen wichtigen Beitrag dazu geleistet, den Bestand der Großen Pandas in meinem Land von der Stufe „gefährdet“ auf die Stufe „verletzlich“ zu reduzieren.

(Text: Tang Bo, Forschungsbibliothekar des Zhongguancun Guoke Modern Agricultural Industry Science and Technology Innovation Research Institute. Experte: Zhao Xumao, Forscher an der Lanzhou University School of Ecology)

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