Wo ist der „genetische Schmelztiegel“ in der Geschichte der Tigerevolution? Genau hier in China!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Wang Caihui (School of Cultural Heritage, Northwest University)

Hersteller: China Science Expo

Der Tiger (Panthera tigris) ist die größte Katzenart und gehört zur Ordnung der Raubtiere (Carnivora), Familie der Katzen (Felidae), Gattung der Panthera. Er ist als König der Tiere bekannt und eines der wildesten Tiere der Welt.

In China hat der Tiger als eines der zwölf Tierkreiszeichen eine sehr wichtige kulturelle Bedeutung. Aber verstehen wir diese Art wirklich?

Obwohl Tiger weltweit zu einer biologischen Art gehören, gibt es viele Unterarten mit einzigartigen Merkmalen und sie unterscheiden sich in Aussehen und Körperform.

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Klassifizierung von Tigern: 6 verschiedene Unterarten

Die heutigen Tigerunterarten wurden von Naturforschern im 19. und frühen 20. Jahrhundert benannt und aufgrund morphologischer Unterschiede, die durch die geografische Isolation bedingt sind, künstlich unterteilt. Sie sind:

Der Sibirische Tiger (Panthera tigris altaica), der Südchinesische Tiger (Panthera tigris amoyensis), der Indochinesische Tiger (Panthera tigris corbeti), der Bengalische Tiger (Panthera tigris tigris), der Sumatra-Tiger (Panthera tigris sumatrae), der Malaiische Tiger (Panthera tigris jacksoni), der Bali-Tiger (Panthera tigris balica), der Kaspischer Tiger (Panthera tigris virgata) und Javanischer Tiger (Panthera tigris sondaica).

Unter ihnen sind der Bali-Tiger, der Kaspische Tiger und der Java-Tiger vollständig ausgestorben. der Südchinesische Tiger ist in der Wildnis verschwunden; Der Sibirische Tiger, der Indochinesische Tiger, der Malaiische Tiger, der Bengalische Tiger und der Sumatra-Tiger sind alle vom Aussterben bedroht.

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Die Entwicklung der Genetik in den letzten Jahren hat ein neues Kapitel in der Erforschung der Ursprünge der Tiere aufgeschlagen, und Tiger bilden hier keine Ausnahme.

Bisher haben Wissenschaftler genetische Beweise verwendet, um die Unterarten bestehender Tigerarten zu bestimmen. Denn die Desoxyribonukleinsäure (DNS), das wichtigste Erbmaterial, ist ausschlaggebend für die morphologischen Unterschiede der Organismen und wird zwischen Eltern und Kindern vererbt. Die Unterschiede zwischen verschiedenen biologischen Populationen beruhen grundsätzlich auf genetischen Unterschieden, und je größer die Unterschiede sind, desto entfernter ist die Verwandtschaft zwischen den Populationen.

Auf Grundlage der oben genannten Grundsätze sammelten Wissenschaftler im Rahmen genetischer Untersuchungen anhand vorhandener Proben Proben existierender Tiger aus verschiedenen Regionen der Welt. Durch genetische Analysen bewiesen sie, dass es zwischen regionalen Populationen existierender Tiger deutliche genetische Unterschiede gibt, was die Aufteilung der bestehenden wilden Tigerpopulationen in sechs unabhängige Unterarten unterstützt .

Phylogenetischer Baum der sechs existierenden Tigerunterarten (Bildquelle: vom Autor selbst erstellt, Bild der Tigerunterart zitiert von WWF-Malaysia)

Neue Entdeckung: Das genetische Geheimnis des Südchinesischen Tigers

Obwohl genetische Untersuchungen auf Grundlage vorhandener Proben die Unterteilung des Tigers in sechs Unterarten unterstützen, ist die Evolutionsgeschichte des Tigers immer noch voller Fragen.

Wie kann man den Ursprung und die Verbreitung von Tigern bestimmen? Wie haben sich die Tiger zu verschiedenen Unterarten entwickelt und ihr heutiges Verbreitungsmuster ausgebildet? In welcher Beziehung stehen kürzlich ausgestorbene Tiger zu heute lebenden Tigern? Die Einzelheiten dieser Evolutionsgeschichte lassen sich allein anhand vorhandener Proben nicht beantworten.

Doch glücklicherweise ist es Wissenschaftlern in den letzten Jahren dank der extrem geringen Mengen an DNA-Fragmenten, die in biologischen Überresten und Sedimenten verblieben sind, und der aufkommenden Technologie zur Erforschung alter DNA gelungen, Informationen zur Genomsequenz alter Proben zu gewinnen.

Aufbewahrt im Zoologischen Museum in Straßburg, Frankreich

Das Typusexemplar des Südchinesischen Tigers aus Hankou, Hubei, im Jahr 1905 (Fotoquelle: Offizielle Website der Peking-Universität)

Durch eine eingehende vergleichende Analyse können Wissenschaftler tiefer in die genetischen Informationen zur Evolutionsgeschichte eintauchen, die für das Verständnis des Ursprungs und der Evolution der Tiger von entscheidender Bedeutung sind und uns ein genaueres Bild der Evolutionsgeschichte des Tigers liefern können.

Am 31. August 2023 veröffentlichten Luo Shujins Forschungsgruppe an der School of Life Sciences der Peking-Universität und ihr Team eine Arbeit mit dem Titel „Alte DNA enthüllt genetische Vermischung in China während der Tigerevolution“.

Alte DNA enthüllt genetische Vermischung in China während der Tigerevolution (Bildquelle: Zeitschrift „Nature Ecology & Evolution“)

Das Forschungsteam untersuchte über einen Zeitraum von etwa 10.000 Jahren neun Tigerunterarten, darunter auch ausgestorbene Tiger. Es löste jahrzehntelange Kontroversen über die Aufteilung der Tiger-Schutzgebiete (Unterarten), klärte die genetischen Ursprünge des modernen Südchinesischen Tigers und demonstrierte Chinas wichtige Rolle bei der Entstehung des Tiger-Verbreitungsmusters. Darüber hinaus lieferte es eine wissenschaftliche Grundlage für den Schutz und die Wiedereinführung von Tigern auf der ganzen Welt.

Frühere Studien haben gezeigt, dass die Artbildung beim Tiger vor etwa 2 bis 3 Millionen Jahren stattfand und dass der jüngste gemeinsame Vorfahre des modernen Tigers auf die Zeit vor etwa 110.000 Jahren zurückverfolgt werden kann.

Aufgrund von Lebensraumverlust und -fragmentierung sowie der Jagd durch den Menschen und anderen Faktoren sind derzeit alle sechs existierenden Unterarten des modernen Tigers gefährdet . Der Südchinesische Tiger ist die in China am weitesten verbreitete Unterart und die einzige in China endemische Unterart .

Ein Exemplar eines Südchinesischen Tigers aus Foping, Qinling-Gebirge, konserviert im Shaanxi Institute of Zoology im Jahr 1964 (Fotoquelle: Offizielle Website der Peking-Universität)

Frühere Analysen auf Grundlage des mitochondrialen Genoms zeigten, dass in Gefangenschaft lebende Südchinesische Tiger neben ihren eigenen einzigartigen Muttertypen auch Muttertypen anderer Unterarten aufweisen, was zu Kontroversen darüber geführt hat, ob ihre genetische Einzigartigkeit gültig ist.

In dieser Studie wurde festgestellt, dass sich alle Proben des Südchinesischen Tigers aus der Perspektive des Kerngenoms zu einem Zweig gruppieren ließen, was seine Einzigartigkeit auf Genomebene zeigt und seinen Klassifizierungsstatus als Unterart verdeutlicht .

Darüber hinaus wurde aus der Perspektive des mitochondrialen Genoms beobachtet, dass die südchinesische Tigerpopulation mehrere mütterliche Typen aufwies, was ihre komplexe mütterliche genetische Geschichte widerspiegelt.

Solche Ergebnisse werfen unweigerlich die Frage auf, warum eine Population, die genetisch einzigartig genug ist, einen so komplexen mitochondrialen Ursprung haben sollte?

Einzigartig und komplex: Genetische Fusion zwischen verschiedenen Populationen

Normalerweise wird dieses Phänomen als Folge einer Genfusion erklärt.

In dieser Studie zeigten die Ergebnisse des mitochondrialen Genoms, dass Proben südchinesischer Tiger, die mütterliche Typen mit anderen Unterarten teilten, auf Ostchina beschränkt waren und in Proben aus westlichen Orten wie Shaanxi und Chongqing nicht auftauchten .

Um die Gründe für diese Situation weiter zu erforschen, testeten Wissenschaftler geeignete Lebensräume für Tiger unter Klimaschwankungen von der letzten Eiszeit bis heute und fanden in diesem Zeitraum zwei mögliche Rückzugsorte: ein kleines Gebiet in der Bergregion im Südwesten Chinas und ein Gebiet im japanischen Archipel.

Auf Grundlage der oben genannten Ergebnisse haben Wissenschaftler die Hypothese aufgestellt, dass während der letzten Eiszeit (vor etwa 26.000 bis 19.000 Jahren, als das Klima am kältesten war und die Gletscher ihre größte Ausdehnung erreichten) ganz Ostasien von drastischen Klimaveränderungen betroffen war und sich die Umwelt im Norden dramatisch veränderte, was große Auswirkungen auf die Population der Südchinesischen Tiger hatte.

Globale durchschnittliche Oberflächentemperatur während des letzten glazialen Maximums (Bildquelle: Referenz [3])

Zu dieser Zeit gab es in den Bergen im Südwesten Chinas noch geeignete Lebensräume , die diese zu einem hervorragenden Zufluchtsort machten.

Mit dem Ende der Eiszeit wanderte die überlebende südchinesische Tigerpopulation, die sich in den südwestlichen Bergen versteckt hielt, allmählich nach Osten, nachdem das Klima geeignet geworden war. In Ostchina begegneten sie Tigern anderer Muttertypen und tauschten Gene aus , wodurch schließlich die genetisch einzigartige moderne südchinesische Tigerpopulation entstand.

Aus diesem Grund spekulieren Forscher, dass Ostchina der „genetische Schmelztiegel“ in der Geschichte der Tigerevolution sein könnte.

Darüber hinaus haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die ältesten Tigerfossilien auf den Urchinesischen Tiger (Panthera palaeosinensis) in Henan und Gansu, China, zurückgehen. Seitdem wurden in Ostasien und Südostasien zahlreiche Tigerfossilien entdeckt, beispielsweise an den Fundstätten des Java-Menschen und der Zhoukoudian-Stätte. Dies weist darauf hin, dass China seit langem das Kerngebiet der Tigerevolution ist .

Alte Proben sind für die Analyse der Evolutionsgeschichte oft von entscheidender Bedeutung.

Zu den Probendaten, die die Wissenschaftler dieses Mal gesammelt haben, gehört eine antike Probe aus dem Fernen Osten Russlands.

Die Ergebnisse der Kerngenomanalyse zeigten, dass er am nächsten mit dem Sibirischen Tiger in der gleichen Region verwandt ist. Die Ergebnisse der mitochondrialen Genomanalyse zeigten jedoch, dass diese alte Probe aus dem Fernen Osten Russlands im Gegensatz zum modernen sibirischen Tiger eine gewisse mütterliche Verbindung zum Südchinesischen Tiger in Südchina aufwies. Dies lässt darauf schließen, dass zwischen dem modernen Südchinesischen Tiger und der Tigerpopulation im Fernen Osten Russlands vor 10.000 Jahren eine gewisse Verbindung bestehen könnte.

Insgesamt könnten alle Mitochondrien des russischen fernöstlichen Tigers zu drei mütterlichen Typen gehören und zwei mütterlichen Hauptzweigen entsprechen. Zwei eng verwandte mütterliche Linien (die auf vor etwa 10.600 bis 8.600 Jahren zurückgehen) bildeten zusammen mit der einzigartigen mütterlichen Linie des Südchinesischen Tigers die grundlegende mütterliche Linie aller modernen Tiger , während die verbleibende alte Probe (die auf vor etwa 1.800 Jahren zurückgeht) eng mit der mütterlichen Linie des in derselben Region lebenden sibirischen Tigers verwandt war.

Angesichts der Tatsache, dass es nach der letzten Eiszeit zu Migrationswellen von Tigerpopulationen aus dem Osten und Norden Chinas in den russischen Fernen Osten kam, gehen die Forscher davon aus, dass der Tiger möglicherweise mehrmals von China nach Nordostasien gewandert ist. Diese alte Probe aus dem russischen Fernen Osten (die Probe ist etwa 10.600 Jahre alt) könnte ein früheres Ausbreitungsereignis der Tigerpopulation nach Nordostasien darstellen, durch das sich nach und nach die moderne Population des Sibirischen Tigers herausbildete.

Der Kaspische Tiger: ein einzigartiges Wesen ohne geografische Verbindung

Unter den drei ausgestorbenen Unterarten stellt der Kaspische Tiger eine relativ besondere Existenz dar, da er die einzige Population auf dem asiatischen Kontinent ist, die keine geografische Verbindung zu anderen Tigerunterarten aufweist .

Wir haben bereits erwähnt, dass die Bildung von Unterarten auf die geografische Isolation zurückzuführen ist, die durch die Ausbreitung der Populationen entsteht. Das macht unweigerlich neugierig. Da zwischen dem Kaspischen Tiger und anderen Unterarten keine geografische Verbindung besteht, bedeutet dies, dass er einen längeren Verbreitungsweg durchlaufen hat. Welche Art von Verbreitungsgeschichte hat es also durchlaufen, bis es entstanden ist?

Die Ergebnisse der Kerngenomuntersuchung zeigten, dass zwischen dem Kaspischen Tiger und dem Bengalischen Tiger eine enge genetische Verbindung besteht, während die Ergebnisse der mitochondrialen Genomuntersuchung zeigten, dass die Proben des Kaspischen Tigers eine mütterliche Verbindung zur alten Tigerpopulation in Nordostasien und zur südchinesischen Tigerpopulation aufwiesen .

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Um die Ursache dieses Konflikts zu verstehen, untersuchten Wissenschaftler den genetischen Fluss zwischen den Populationen und fanden heraus, dass es einen signifikanten genetischen Fluss zwischen den ausgestorbenen Exemplaren des Kaspischen Tigers und dem Bengalischen Tiger gab.

Vor diesem komplexen genetischen Hintergrund spekulieren Wissenschaftler, dass die ausgestorbene Population des Kaspischen Tigers möglicherweise aus der Urpopulation des Tigers in Nordostasien stammt, sich dann westwärts über die sibirische Tiefebene bewegte und in Zentralasien ankam, wo es dann zu einem genetischen Austausch mit dem bengalischen Tiger vom südlichen indischen Subkontinent kam und so der moderne Kaspische Tiger entstand.

Geschichte der Verbreitung moderner Tigerunterarten

Nachdem wir nun über die möglichen Entstehungsprozesse mehrerer spezieller Unterarten Bescheid wissen, stellt sich die Frage, welche Art von Verbreitungsgeschichte die Entstehung der modernen Tigerunterart insgesamt durchlaufen hat?

Daten des Kerngenoms deuten darauf hin, dass der Sumatra-Tiger die Basis aller Unterarten bildet, was auf die basale Stellung dieser Unterart in der Geschichte der Unterartendifferenzierung der Tigerarten hindeutet.

Um dieser Frage weiter nachzugehen, untersuchten die Forscher die genetischen Verwandtschaftsverhältnisse der Populationen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Evolution der Tigerunterarten in drei Hauptphasen unterteilt werden kann. In einer Evolutionsstufe entstand der bengalische Tiger, in einer anderen Evolutionsstufe der Sumatra-Tiger (der möglicherweise auch der Vorfahr der Tiger auf anderen Kontinenten ist) und in der dritten Stufe entstanden andere Unterarten auf dem asiatischen Kontinent.

Bildquelle: Veer Gallery

Im Allgemeinen kann die Evolutionsgeschichte der modernen Tigerunterarten wie folgt beschrieben werden:

Nach der letzten Eiszeit könnte eine Vorfahrenlinie, die den einzigartigen mütterlichen Typ des Südchinesischen Tigers in sich trägt, unter kalten klimatischen Bedingungen in den Bergen im Südwesten Chinas überlebt haben.

Nach dem Ende der letzten Eiszeit, als sich das Klima erwärmte und der Lebensraum sich erholte, begannen sich die Tigerpopulationen auszubreiten.

Das Zentrum der schnellen Ausbreitung lag vermutlich zunächst in Indochina, später breiteten sich die Bengalischen Tiger auch auf dem indischen Festland aus. Mit der allmählichen Verbesserung des Klimas nahm die Population der Urtiger in Indien zu und verteilte sich nach Ostchina, wo es geeignete Lebensräume wie Wälder und Sträucher gab. Dort vermischte sie sich mit der Population der Urtiger in Südchina, die sich aus dem Südwesten Chinas ausgebreitet hatte.

Sibirischer Tiger (Fotoquelle: Veer Gallery)

In den vergangenen 12.000 Jahren, nachdem die letzten Gletscher vollständig zurückgegangen waren, breiteten sich die Tigerpopulationen in Ostchina allmählich nach Norden aus. Aufgrund von Klimaschwankungen wanderte die Tigerpopulation mehrmals und erreichte schließlich Nordostasien.

Anschließend breiteten sich die Tigerpopulationen in Nordostasien über den sibirischen Korridor nach Zentralasien aus und vermischten sich mit nördlichen Populationen vom indischen Festland.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass genetische Beweise das Klassifizierungsmuster von neun Tigerunterarten unterstützen und zum ersten Mal beweisen, dass China in der Geschichte der Tigerevolution ein „genetischer Schmelztiegel“ ist, was für die Entstehung des Tigerverbreitungsmusters von großer Bedeutung ist.

Die Verbreitungswege der neun Tigerunterarten, wobei die ausgestorbenen Unterarten mit einem roten Kreuz markiert sind. (Bildquelle: vom Autor selbst erstellt, Tigerunterartenbilder stammen von WWF-Malaysia, der restliche Inhalt stammt aus Referenz [4])

Interessanterweise sind Tiger kein Einzelfall; Eine ähnliche Evolutionsgeschichte der „Zufluchtsorte“ gab es auch bei anderen Tieren.

Aus frühen Fossilienfunden geht hervor, dass im Südwesten Chinas eine Fülle von Tierfossilien erhalten ist, die mehr als 10.000 Jahre alt sind. Dazu gehören einige Antilopenarten, die vermutlich in der russischen Baikalseeregion gelebt haben, und das Wiesel, das in Tibet und Nordchina lebte.

Diese Erkenntnisse bestätigen, dass das Gebiet eine wichtige Rolle als „Zufluchtsort“ unter rauen Umweltbedingungen spielt.

Gletscher (Bildnachweis: Veer Gallery)

Ebenso liefern genetische Studien Hinweise auf eine ähnliche Evolutionsgeschichte.

So haben etwa Untersuchungen der DNA alter Wildschweine gezeigt, dass der Südwesten Chinas die Hauptquelle der wilden Vorfahren der ostasiatischen Hausschweine ist und dass die Wanderrouten der meisten Wildschweine in den Südwesten zurückverfolgt werden können.

Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse auch, dass die Wildschweinpopulationen während des letzten glazialen Maximums einen deutlichen Populationsengpass erlebten (d. h. einen erheblichen Rückgang der Populationsgröße). Mit der Erwärmung des Klimas nach dem Ende der Eiszeit wuchsen ihre Populationen jedoch schnell und besetzten geeignete Gebiete in Ostasien.

Zusammengenommen enthüllen diese Studien die besondere Rolle Südwestchinas in der Geschichte der Tierevolution. Als wichtiger „Zufluchtsort“ leistet der Südwesten Chinas einen entscheidenden Beitrag zum Überleben vielfältiger Arten und legt den Grundstein für die spätere Ausbreitung der Population.

Quellen:

[1]Liu YC, Sun X, Driscoll C, et al. 2018. Genomweite evolutionäre Analyse der Naturgeschichte und Anpassung. bei den Tigern dieser Welt. Aktuelle Biologie. 28: 3840-3849.

[2]Pang L, Chen S, Huang W, et al. 2014. Paläoökologische und chronologische Analyse der Säugetierfauna aus der Migong-Höhle im Drei-Schluchten-Gebiet, China. Quartäre Internationale. 434: 25-31.

[3] Wu Yubin et al. „Einfluss der Gletscherveränderungen auf dem tibetischen Plateau während des letzten glazialen Maximums auf das asiatische Klima.“ Journal der Peking-Universität: Naturwissenschaftliche Ausgabe 55.1 (2019):12.

[4]Sun X, Liu YC, Tiunov MP, et al. 2023. Alte DNA enthüllt genetische Vermischung in China während der Tigerevolution. Naturökologie und Evolution.

[5]Zhang M, Liu YC, Li ZP, et al. 2022. Alte DNA enthüllt die mütterliche genetische Geschichte ostasiatischer Hausschweine. Zeitschrift für Genetik und Genomik. 49: 537-546.