Rattenangelegenheiten: Eine epische Geschichte der Spaltung der Zokor-Rattenclans

Produziert von | Wissenschaftspopularisierung China

Autor: Zhao Xumao (Jungforscher, Lanzhou-Universität), Lei Kexin (Journalismusschule, Chongqing-Universität)

Produzent | Chinesische Wissenschaftsausstellung

Es gibt ein Sprichwort: Der allgemeine Trend in der Welt besteht darin, dass es nach einer langen Zeit der Teilung eine Vereinigung und nach einer langen Zeit der Vereinigung eine Teilung geben wird. In der biologischen Taxonomie führt eine lange Trennungsphase nicht unbedingt zu einer Wiedervereinigung, eine lange Wiedervereinigungsphase führt jedoch definitiv zu einer Trennung. Unter den Säugetieren Chinas können die Nagetiere als „großer Stamm“ bezeichnet werden. Sie durchstreifen Berge, Flüsse, Wälder, Felder, Seen, Gräser und Wüsten und ihre Fußabdrücke bedecken den größten Teil der ökologischen Umwelt Chinas. Unter den Nagetieren ist die Familie der Nacktmulle relativ mysteriös. Sie leben lange Zeit unter der Erde und sind vergleichbar mit den „Tomb Raiders“ in der Welt der Tierkampfkünste.

Zokor丨 Fotografiert von Li Kexin in Qinghai

Die Unterfamilie der Zokore kann weiter in die Gattungen der Zokore mit konvexem Schädel und der Zokore mit flachem Schädel unterteilt werden. Darunter sind sechs Arten der Gattung der Zokor mit konvexem Schädel, die nur in meinem Land verbreitet und in China endemisch sind, darunter der Chinesische Zokor, der Gansu-Zokor, der Rothschild-Zokor, der Qinling-Zokor, der Plateau-Zokor und der Smithschild-Zokor; In meinem Land sind zwei Arten der Gattung Flachschädel-Zokor verbreitet – der Nordost-Zokor und der Steppen-Zokor. Diese Ratten haben viele Fraktionen und komplexe Arten, die den Taxonomen einst Rätsel aufgaben: Welche Beziehung besteht zwischen ihnen und wie haben sie sich entwickelt?

Am 6. Mai 2022 wurde ein Forschungsergebnis mit dem Titel „Genomische Einblicke in die Phylogenese und Artbildung der Zokors“ online in der international renommierten Fachzeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) veröffentlicht, das von der Universität Lanzhou geleitet und gemeinsam mit dem Northwest Plateau Institute of Biology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Haifa in Israel durchgeführt wurde. Damit wurde die Frage der „Unterteilung“ der Zokors in der weltweiten Nagetierwelt endgültig geklärt.

Screenshot des Dokuments. Die Erstautoren des Artikels sind Liu Xi und Zhang Shangzhe, Masterstudenten der School of Ecology der Lanzhou University, Cai Zhenyuan, assoziierter Forscher am Northwest Plateau Institute of Biology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und Kuang Zhuoran, ein Masterstudent der School of Ecology. Professor Li Kexin ist der korrespondierende Autor des Artikels. Die Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China, dem 14. Fünfjahresplan Key R&D Program, der Gansu Province Basic Research Innovation Group und anderen Fonds unterstützt.

Wir Menschen können etwas über die Beziehungen zwischen den Generationen erfahren, indem wir Stammbäume nachschlagen. Aufgrund der zeitlichen Beschränkungen der Entstehung und Erhaltung der Schrift können wir die Geschichte jedoch nicht allzu weit zurückverfolgen. Wie können wir den „Stammbaum“ oder die Herkunft der Maus kennen, eines Tieres ohne Zivilisation und mit einer sehr langen Evolutionsgeschichte?

Wenn Wissenschaftler solche Probleme untersuchen, verwenden sie häufig Techniken der Molekularbiologie, um phylogenetische Bäume (Evolutionsbäume) von Organismen zu erstellen. Phylogenetische Bäume basieren auf der Rate genetischer Mutationen innerhalb einer Art. Alle Arten unterliegen ständig genetischen Mutationen und ihre Mutationsraten sind ungefähr gleich. Die Anzahl der in einem bestimmten Evolutionszweig angesammelten Mutationen ist proportional zur Zeit, die er in seiner Entwicklung verbracht hat. Dies ist wie ein Physikproblem, das wir schon einmal gelöst haben. Wir kennen die Geschwindigkeit eines Autos und die zurückgelegte Strecke und müssen herausfinden, wie lange es schon unterwegs ist. Auf diese Weise können wir den Zeitpunkt der Evolution jeder Art berechnen und einen phylogenetischen Baum erstellen. Mit dieser Technologie lässt sich die Evolution von Organismen über Millionen oder sogar Hunderte von Millionen Jahren verfolgen.

Es gibt viele Möglichkeiten, einen phylogenetischen Baum zu erstellen. In der oben erwähnten Studie wurde die Sequenzierung des gesamten Genoms verwendet (das Genom einer Art wird digital als eine Reihe geordneter ACGT-Buchstaben dargestellt. Anhand der Reihenfolge dieser Buchstaben können zahlreiche biologische Informationen analysiert werden, beispielsweise der Ursprung und die Differenzierungszeit der Art), um ein vollständiges Genom des chinesischen Zokor auf Chromosomenebene zu erstellen, das genauer ist als frühere Studien.

Auf der Grundlage einer Genomanalyse können wir die Evolutionsgeschichte der Nagetiere nachvollziehen: Die erste Unterteilung der Familie der Nacktmulle bestand aus der Unterfamilie Zokorinae, der Unterfamilie Bamboo Ratinae und der Unterfamilie der Nacktmulle, die historisch als die „Drei Familien, die Jin teilen“ innerhalb der Familie der Nacktmulle bekannt ist. Vor 28,9 Millionen Jahren begann sich die Unterfamilie der Nacktmulle von der Familie der Nacktmulle abzuspalten, und 2 Millionen Jahre später schlossen die Unterfamilie der Zokorinae und die Unterfamilie der Bambusratten ihre Differenzierung ab. Zu diesem Zeitpunkt war die Differenzierung der drei Unterfamilien abgeschlossen.

Bambusratten-Unterfamilie, dies ist eine Delikatesse in vielen südlichen Provinzen丨Bildquelle: wikipedia-Roadnottaken

Maulwurfsunterfamilie. Da sie das ganze Jahr über unter der Erde leben, haben die meisten dieser Tiere degenerierte Augen. Bildquelle: wikipedia-GalinaGouz

Obwohl sie in verschiedene Unterfamilien unterteilt sind, ist die Verbindung zwischen den dreien nicht unterbrochen. Die drei Unterfamilien können durch Hybridisierung immer noch eine interspezifische Introgression bilden, wodurch in den Genen der jeweils anderen ein Phänomen des „Du bist in mir, ich bin in dir“ entsteht. Es ist dieser gegenseitige genetische Austausch, der den Wissenschaftlern späterer Generationen ein unlösbares und verwirrendes Klassifizierungsdilemma beschert hat.

Es gibt viele Arten von phylogenetischen Bäumen, abhängig vom gewählten „Material“ (Daten). Vergleicht man die Differenzierung der Arten mit der Trennung von Liebenden und nehmen diese nach der Trennung keinen Kontakt mehr zueinander auf, so stimmen die Ergebnisse verschiedener phylogenetischer Bäume überein; Wenn sie nach der Trennung noch Kontakt zueinander haben, kommt es zu unterschiedlichen Ergebnissen. Dies liegt vor allem daran, dass der chinesische Zokor in vielen Zweigen des phylogenetischen Baums vorkommt und sein Zweig daher nicht genau bestimmt werden kann. Dies kann zwei Gründe haben:

Erstens: unvollständige Abstammungssortierung (ILS). Das Genom enthält viele Fragmente, und die verschiedenen Fragmente weisen unterschiedliche Evolutionsraten und Konservierungsgrade auf. Das ist wie eine auseinanderbrechende Familie. Da die Teilungszeit relativ kurz ist, gibt es bei der Teilung keine festen Regeln – etwa, dass der älteste Sohn erbt oder der jüngste Sohn die Immobilie erbt. Daher sind die „Gene“, die die Nachkommen von ihren Vorfahren erben, relativ zufällig.

Zweitens ist Introgression der Austausch von Genen zwischen verschiedenen Zweigen, der allgemein als durch Paarung verursachter Genfluss bekannt ist. Dies ähnelt der anhaltenden Verbindung, die nach der oben erwähnten „Trennung“ entstand.

Warum passiert das?

„Ratten sind seit der Antike romantisch, und alle Probleme werden durch ihre romantische Natur verursacht.“ Zwischen dem chinesischen Zokor und anderen verwandten Arten kommt es zu einer kontinuierlichen Hybridisierung, die zu genetischen Verbindungen zwischen den Arten führt. Insbesondere gibt es einen starken genetischen Austausch zwischen den Vorfahren des chinesischen Zokor, Smiths Zokor und Plateau-Zokor, und zwischen den Vorfahren des chinesischen Zokor, Qinling-Zokor und Rothschilds Zokor, was darauf schließen lässt, dass ihre Vorfahren häufig untereinander heirateten. Instabile Position im phylogenetischen Baum.

In der nachfolgenden Entwicklung spielte der Aufstieg des Qinghai-Tibet-Plateaus eine entscheidende Rolle bei der Populationsdifferenzierung der Zokors.

Wie das Sprichwort sagt: Helden werden von der Zeit gemacht und Helden warten auf die Zeit. Bei der Entstehung von Arten beziehen sich die „Zeiten“ und „Winde“ hier auf Veränderungen der Umwelt oder der geologischen Struktur. Für Arten gibt es nur eine Möglichkeit, sich an solche Umweltveränderungen anzupassen: sich durch genetische Mutation zu verändern und an die neue Umgebung anzupassen.

Vor 3,6 Millionen Jahren begann mit der Hebung des Qinghai-Tibet-Plateaus ein Zweig der Gattung Myxomatidae, von den Ebenen bis auf die Hochebene vorzudringen, während der andere Zweig weiterhin in tiefer gelegenen Gebieten lebte. Durch die Höhentrennung verlieren die verschiedenen Populationen die Möglichkeit zur Kommunikation und Integration, wodurch eine reproduktive Isolation entsteht. Ein Zweig, der der Hebung des Qinghai-Tibet-Plateaus folgte, passte sich allmählich dem Leben auf dem Plateau an. Die Umgebung des Plateaus brachte Veränderungen auf Genomebene mit sich, sodass vor 3,22 Millionen Jahren ein Zweig der Zokors mit konvexem Schädel, der der Hebung des Qinghai-Tibet-Plateaus folgte, unabhängig wurde und zu einer neuen Art wurde – dem Plateau-Zokor.

Zokor-Plateau | Bildquelle: Wikipedia – Xiao Sa

Vor 780.000 bis 500.000 Jahren begann auf der Welt eine neue Eiszeit. Aufgrund der hohen Breite im Norden war das Klima kälter und es kam zu Nahrungsmittelknappheit. Um bessere Nahrungsquellen und eine wärmere Lebensumgebung zu erhalten, begann ein Zweig der Plateau-Zokor-Familie, südlich des Qinhuai-Flusses zu wandern. Während ihrer Wanderung nach Süden veränderte sich ihr genetisches Material aufgrund von Umweltveränderungen erneut und Stephens Zokor wurde vor 750.000 Jahren geboren.

Ein Zweig der Zokors, der nicht mit dem Qinghai-Tibet-Plateau entstand, bildete vor 2,4 Millionen Jahren den chinesischen Zokor.

Vor 1,6 Millionen Jahren kam es auf dem Lössplateau zu gewaltigen Veränderungen und C4-Pflanzen (Kohlenstoff-4-Pflanzen; Pflanzen werden hauptsächlich nach der Art der durch Photosynthese gebildeten organischen Substanz in zwei Kategorien unterteilt: C4-Pflanzen und C3-Pflanzen, wobei C4-Pflanzen eine höhere Photosynthese-Effizienz aufweisen) begannen sich auszubreiten. C4-Pflanzen sind die Nahrung, auf die Zokors zum Überleben angewiesen sind. Dies führte dazu, dass ein Teil der Zokor eine neue Runde des „Verlassens ihrer Heimat“ begann, um Nahrung zu beschaffen. Sie breiteten sich vom Qinling-Gebirge bis zum nördlichen Lössplateau aus und differenzierten sich vor 1,46 Millionen Jahren zum Gansu Zokor.

Der Prozess der Artbildung in der Gattung Pseudocranopterygii. Bildquelle: Referenz [1]

Vor 135.000–194.000 Jahren waren die Qinling-Berge von Gletschern bedeckt, und einige Zokor-Populationen mussten südlich des Qinhuai-Flusses migrieren, wo sie sich vor 440.000 Jahren in Rothschilds Zokor differenzierten.

Mithilfe phylogenetischer Bäume können die „Generationen“ zwischen Arten geklärt werden, sodass die effektive Populationsgröße (einfach ausgedrückt: die Anzahl der fortpflanzungsfähigen Individuen einer Art; Individuen, die sich nicht an der Fortpflanzung beteiligen, können nicht gezählt werden) Aufschluss über die Größe der Artenfamilie in historischen Zeiträumen gibt. Populationsgeschichtliche Studien haben gezeigt, dass die Eiszeit die effektive Populationsgröße der Gattung Pseudocranium erheblich beeinflusst hat und dass die Höhe über dem Meeresspiegel durch die Beeinflussung der Vegetation Einfluss auf die Schwankungen der effektiven Populationsgröße des Zokor hatte.

Zu diesem Zeitpunkt war die Differenzierung der gesamten Zokor-Familie abgeschlossen. Für uns Menschen sind es lediglich ein paar weitere Arten, für die Zokor hingegen ist es eine epische Geschichte der Trennung von Familien im Kampf ums Überleben in einer sich verändernden Umwelt.

Verweise

[1]Liu X, Zhang S, Cai Z, et al. Genomische Einblicke in die Phylogenese und Artbildung von Zokors in China[J]. Proceedings der National Academy of Sciences, 2022, 119(19): e2121819119.

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