Neues aus Wissenschaft und Naturschutz

27.11.2017, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie
Maisschädling schlägt Mais mit dessen eigenen Waffen
Der Maiswurzelbohrer ist auch in Deutschland weiter auf dem Vormarsch. Warum Versuche, dem Ernteschädling biologisch mit Hilfe von insektenpathogenen Fadenwürmern zu Leibe zu rücken, bisher fehlschlugen, erklärt eine erstaunliche Verteidigungsstrategie, die jetzt ein Team von Forschern der Universität Bern und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena entschlüsselt hat: Die Larven des Käfers können Abwehrstoffe, die Maispflanzen über ihre Wurzeln abgeben, in ungiftiger Form speichern, um die Gifte bei Bedarf zu aktivieren und zum Schutz vor ihren eigenen Feinden einzusetzen.
Der Westliche Maiswurzelbohrer ist ein verheerender Maisschädling, der inzwischen europaweit verbreitet ist. Auch in diesem Jahr hat das Schädlings-Monitoring in Deutschland ergeben, dass sich die Zahl der gefangenen Käfer im Vergleich zum Vorjahr wieder vervielfacht hat. Der Schädling stammt ursprünglich aus Mittelamerika, von wo er sich ab der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts in ganz Nordamerika invasiv ausgebreitet hat. Dort richtet er nach Behördenschätzungen jährlich Schäden in Milliardenhöhe an.
Pflanzen müssen sich mit ausgeklügelten Verteidigungsstrategien unzähligen Insektenarten zur Wehr setzen, die es auf ihre nährstoffreichen Blätter oder Wurzeln abgesehen haben. Wissenschaftler aus Bern und Jena haben jetzt in einem Fall ermittelt, in dem eine Käferlarve Maispflanzen mit ihren eigenen Waffen geschlagen hat. Maispflanzen speichern in ihren Wurzeln bestimmte Abwehrstoffe, sogenannte Benzoxazinoide, in einer ungiftigen Form. Wenn Schädlinge eine Pflanze befallen, werden diese Moleküle so abgebaut, dass chemische Verbindungen entstehen, die für die meisten Insekten giftig sind. „Wir konnten zeigen, dass der Maiswurzelbohrer durch das Hinzufügen eines Zuckermoleküls an ein Benzoxazinoid-Abbauprodukt verhindert, dass Giftstoffe gebildet werden. Larven des Maiswurzelbohrers geben diese neue Verbindung direkt ab, um Nematoden, die als natürliche Antagonisten gegen die Schädlinge eingesetzt werden, abzuwehren. Außerdem speichern die Käferlarven die ungiftige Form eines weiteren Benzoxazinoids, um es zum Schutz vor angreifenden Nematoden selbst in einen giftigen Abwehrstoff umzuwandeln“, erläutert die Erstautorin und Leiterin der Studie Christelle Robert, die das Projekt in Jena initiierte und an der Universität Bern fortsetzte. Der Schädling wandelt die pflanzliche Abwehr somit doppelt für seinen eigenen Schutz um.
Die biologische Schädlingsbekämpfung mit Nematoden (Fadenwürmern) schien einmal vielversprechend, nachdem frühere Studien, an denen auch das Max-Planck-Institut für chemische Ökologie beteiligt war, darauf hinwiesen, dass der Mais über seine Wurzeln den Botenstoff (E)-beta-Caryophyllen abgibt, um nützliche Nematoden anzulocken. Solche entomopathogenen Fadenwürmer im Boden, wie der Nützling Heterorhabditis bacteriophora, haben das Potenzial, in wurzelschädigende Käferlarven einzudringen. Mit Hilfe eines symbiotischen Bakteriums, das die Nematoden in den Larven absondern, werden die Wurzelschädlinge abgetötet und die Nematoden vermehren sich in den Kadavern ihrer Wirte. Der Maiswurzelbohrer sollte so wirksam biologisch bekämpft werden.
„Leider konnten die Nematoden Maiswurzelbohrer-Populationen nicht in dem erhofften Ausmaß vermindern, auch wenn zunächst unklar war, warum dies der Fall war. Dank der neuen Studie können wir genau diagnostizieren, warum die Bekämpfung mit Nützlingen nicht funktioniert. Der Schädling ist mit den Abwehrstoffen der Pflanze einfach zu gut geschützt. Auch ein weiterer Ansatz, der aus früheren Untersuchungen abgeleitet wurde, nämlich die Züchtung von Maissorten, die mehr Benzoxazinoide für ihre Verteidigung produzieren, ist aufgrund der neuen Erkenntnisse wenig sinnvoll, im Gegenteil: Da der Maiswurzelbohrer unempfindlich gegen die Abwehrstoffe ist und sie sogar nutzt, um resistent gegen die Nematoden zu werden, würden solche Maispflanzen das Problem noch verschlimmern“, fasst Jonathan Gershenzon vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie zusammen.
Damit haben die bisherigen Ansätze zur Bekämpfung mit Nützlingen und der Züchtung von Mais mit mehr Benzoxazinoiden zu einer Zwickmühle geführt. Die Misserfolge zeigen, wie schwer diesem Schädling beizukommen ist. Die Wissenschaftler wollen nun ermitteln, welche Gene oder Enzyme den Maiswurzelbohrer dazu befähigen, die Verteidigung von Maispflanzen auszutricksen, um das eigene Überleben zu sichern. Dazu untersuchen sie, ob Käferlarven, in denen solche Gene stillgelegt wurden, anfällig für Nematodenbefall sind.
„Unsere Arbeit veranschaulicht, wie ein spezialisierter Schädling, der verheerenden Schaden im Maisanbau anrichtet, die Fähigkeit entwickelt hat, die Hauptabwehrstoffe seiner Wirtspflanze zu missbrauchen, um sich selbst vor seinen natürlichen Feinden im Boden zu schützen. Die Ergebnisse erklären, warum die biologische Bekämpfung des Maiswurzelbohrers wenig Erfolg hatte“, sagt Christelle Robert. Die Studie bildet eine wichtige Basis für weitere Untersuchungen, damit dieser Landwirtschaftsschädling in Zukunft gezielter bekämpft werden kann.
Originalveröffentlichung:
Robert, C. A. M., Zhang, X., Machado, R. A. R., Schirmer, S., Lori, M., Matéo, P., Erb, M., Gershenzon, J. (2017). Sequestration and activation of plant toxins protects the western corn rootworm from enemies at multiple trophic levels. eLife, doi: 10.7554/eLife.29307.001
https://doi.org/10.7554/eLife.29307.001

27.11.2017, Deutsches Primatenzentrum GmbH – Leibniz-Institut für Primatenforschung
Mütterlicher Stress wirkt sich unterschiedlich auf das Wachstum der Nachkommen aus
Zwei gegenläufige Prozesse steuern, wie Schwangerschaftsstress den Nachwuchs beeinflusst
Welchen Einfluss Stress in der Schwangerschaft auf den ungeborenen Nachwuchs hat, wurde in zahlreichen Studien an verschiedenen Säugetierarten untersucht – jedoch mit sehr unterschiedlichen Ergebnissen. Mal führte der Stress zu einer schnelleren, mal zu einer verlangsamten Entwicklung der Nachkommen, oft hatte er auch gar keine Auswirkungen. Forscher vom Deutschen Primatenzentrum – Leibniz-Institut für Primatenforschung (DPZ) und von den Universitäten Göttingen und New Mexiko konnten nun mit einer Metaanalyse Ordnung in die zuvor verwirrenden Ergebnisse zu den Auswirkungen von mütterlichem Stress bei Säugetieren bringen. „Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Einfluss von mütterlichem Stress auf die Entwicklung der Nachkommen davon abhängt, ob die Mutter im frühen oder späten Stadium der Schwangerschaft Stress erfahren hat“, sagt Andreas Berghänel, Erstautor der Studie. Den beobachteten Effekten liegen demnach zwei verschiedene Prozesse zugrunde, die sich je nach Entwicklungsstand des Nachwuchses gegenseitig aufheben können. Die Studie wurde in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht.
Das Forscherteam um Julia Ostner und Oliver Schülke hat 719 Studien an 21 verschiedenen Säugetierarten verglichen, bei denen es um die Auswirkungen von vorgeburtlichem Stress auf die Größe und das Wachstum der Nachkommen ging. Stress kann bei einer werdenden Mutter beispielsweise durch Nahrungsknappheit oder soziale Belastungen ausgelöst werden. Ist eine Mutter nur gegen Ende der Schwangerschaft gestresst, investiert sie weniger Energie in den Nachwuchs. Ungeborene und Säuglinge zeigen in solchen Fällen ein langsameres Wachstum als Kinder nicht gestresster Mütter. Vorgeburtlicher Stress kann dann zu einer geringeren Lebenserwartung der Nachkommen führen. Mit zunehmender Unabhängigkeit von der Mutter nehmen die Effekte des mütterlichen Stresses auf den Nachwuchs jedoch ab und die Kinder wachsen genauso schnell wie ihre nicht benachteiligten Artgenossen. „Stress in der späten Schwangerschaft führt also vorübergehend zu einem langsameren Wachstum des Nachwuchses. Wenn die Jungtiere unabhängig von der Mutter werden, wachsen sie jedoch normal“, sagt Andreas Berghänel.
Früh in der Schwangerschaft einsetzender Stress hat ganz andere Auswirkungen auf den Nachwuchs. Um ihre schlechte Ausgangssituation zu kompensieren und die Chancen auf eigene Nachkommen zu erhöhen, wachsen diese Kinder schneller und werden damit auch früher geschlechtsreif. „Das Ungeborene wird im Mutterleib umprogrammiert, es beschleunigt seinen Lebenszyklus, um seine geringere Lebenserwartung zu kompensieren“, erklärt Andreas Berghänel. Einmal auf der Überholspur, wachsen diese Kinder auch nach der Entwöhnung von der Mutter schneller als ihre weniger benachteiligten Artgenossen.
Im Laufe der Entwicklung überlagern sich also verschiedene Effekte: Ein vorübergehend langsameres Wachstum aufgrund geringerer Versorgung seitens der Mutter und eine schnellere Entwicklung, um eine niedrigere Lebenserwartung zu kompensieren. Ob eine „Umprogrammierung“ stattgefunden hat, kann man also erst nach der Entwöhnung der Jungen von der Mutter feststellen.
„Diese neuen Ergebnisse könnten auch helfen, den Entwicklungsprozess beim Menschen besser zu verstehen, also beispielsweise warum Mädchen, die in ärmeren Gegenden aufwachsen, früher geschlechtsreif werden, und warum Teenager-Schwangerschaften häufiger in benachteiligten Familien auftreten, aber auch warum Stillen im Babyalter das spätere Risiko für Übergewicht und Stoffwechselstörungen verringern kann“, erklärt Oliver Schülke, Co-Autor der Studie.
Originalpublikation
Berghänel A, Heistermann M, Schülke O, Ostner J (2017): Prenatal stress accelerates offspring growth to compensate for reduced maternal investment across mammals. PNAS 2017

28.11.2017, Technische Universität München
Jena Experiment: Artenverlust zerstört Ökosysteme
Wie schwer wiegt der globale Artenverlust? Sind Stoffkreisläufe in einem Ökosystem mit wenig Arten verändert? Um dies zu klären, wurde 2002 das „Jena Experiment“ etabliert, eines der größten Biodiversitätsexperimente weltweit. Professor Wolfgang Weisser von der Technischen Universität München (TUM) nennt zwei unerwartete Ergebnisse der Langzeitstudie: Biodiversität beeinflusse knapp die Hälfte der Prozesse im Ökosystem und intensive Grünlandbewirtschaftung erziele keinen höheren Ertrag als eine hohe Biodiversität.
Ein Ökosystem stellt für den Menschen Naturleistungen bereit wie zum Beispiel die Fruchtbarkeit des Bodens, die Grundwasserqualität, die Produktion von Nahrungsmitteln oder auch das Bestäuben durch Insekten, was essentiell für viele Früchte ist. Deshalb sind intakte Ökosysteme fürs Überleben aller Lebewesen wichtig. Welche funktionelle Bedeutung hat somit das Sterben der Arten? Kann der weltweite Artenverlust dazu führen, dass Ökosysteme am Ende schlechter „funktionieren“?
Die Ergebnisse des Langzeitprojektes „Jena Experiment“, das von der Friedrich-Schiller-Universität Jena koordiniert wird, hat Professor Weisser vom Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie an der TUM seit seinen Anfängen in einem 70-seitigen Artikel in der Zeitschrift „Basic and Applied Ecology“ zusammengefasst. Er war bis ins Jahr 2015 Sprecher des interdisziplinären Forschungskonsortiums.
„Eine Besonderheit am Jena Experiment ist die Tatsache, dass wir über 15 Jahre unsere Untersuchungen und Analysen durchgeführt haben“, erklärt Prof. Weisser. „Da der Einfluss der Biodiversität verzögert sichtbar wird, konnten wir manche Effekte erst ab dem Jahr 2006 oder 2007 beobachten – also vier oder fünf Jahre nach Beginn des Projektes.“ Werde ein Lebensraum durch menschliches Eingreifen zerstört, sterbe eine Art meist nicht sofort aus, sondern einige Zeit später. Und dieses Aussterben hat nach dieser Erkenntnis dann einen zeitverzögerten Effekt auf die Stoffkreisläufe.
Die Effekte der Biodiversität wurden im Jena Experiment entsprechend über die Zeit stärker: In artenreichen Gemeinschaften wurden die positiven Effekte wie etwa die Kohlenstoffspeicherung im Boden, die mikrobielle Atmung oder die Entwicklung der Bodenfauna erst mit der Zeit stärker. Andererseits wurden genauso die negativen Effekte von Monokulturen später sichtbar. „Dies bedeutet, dass die negativen Effekte des derzeitigen Artenverlustes erst in einigen Jahren vollständig augenscheinlich werden“, warnt Weisser.
Der Landwirt ist nicht erfolgreicher als die Natur
80.000 Messungen wurden von interdisziplinär aufgestellten Arbeitsgruppen aus Deutschland, Österreich, der Schweiz und den Niederlanden durchgeführt. Auf mehr als 500 Versuchsparzellen hatten sie unterschiedlich viele Pflanzenarten angesät, von Monokulturen bis zu Mischungen von 60 Arten. Neben Pflanzen wurden auch alle weiteren im Ökosystem vorkommenden Organismen untersucht – im und oberhalb des Bodens. Daneben sind von Bodenkundlern die Stoffkreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff und Nitrat und auch der Wasserkreislauf über den gesamten Zeitraum von 15 Jahren untersucht worden.
So konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler belegen, wie sich die Artenvielfalt auswirkt auf die Kapazität des Bodens, Wasser aufzunehmen, zu speichern oder abzugeben. „Kein anderes Experiment hat bisher die Nährstoffkreisläufe mit solcher Genauigkeit untersucht“, sagt Prof. Wolfgang W. Wilcke vom Lehrstuhl für Geoökologie am KIT in Karlsruhe. Wie sehr etwa der Stickstoffkreislauf eines Bodens von vielen Faktoren wie etwa der Artenvielfalt, von mikrobiologischen Organismen, dem Wasserkreislauf und der Pflanzeninteraktion abhängt, wurde im Jena Experiment erstmals deutlich.
Die Ergebnisse führten unter anderem zu folgenden Schlussfolgerungen:
Artenreichere Wiesen hatten über die gesamte Zeit des „Jena Experiments“ eine höhere Produktivität als artenarme Wiesen. Eine gesteigerte Bewirtschaftungsintensität durch zusätzliche Düngung und eine häufigere Mahd erreichte denselben Effekt: Wenn ein Landwirt bestimmte Arten fördert und düngt, ist er im Durschnitt betrachtet folglich nicht erfolgreicher als die Natur.
Die Energie der Biomasse (Bioenergiegehalt) von artenreichen Wiesen war deutlich höher als der von artenarmen Wiesen, zugleich aber ähnlich hoch wie viele der heute stark subventionierten Arten wie etwa von Chinaschilf.
Bessere Ökosystemdienstleistungen durch Biodiversität
Artenreiche Flächen hatten eine bessere Kohlenstoffspeicherung.
Die Anzahl von Insekten und anderen Arten war deutlich höher.
Wechselwirkungen zwischen Arten wie etwa Bestäubungen fanden häufiger statt.
Artenreichere Wiesen transportierten Oberflächenwasser besser in den Boden.
Artenreiche Ökosysteme waren stabiler gegenüber Störungen wie Dürren oder Überschwemmungen als artenarme Ökosysteme.
Das Jena Experiment beweist aufgrund seiner Breite erstmals, dass ein Verlust der Artenvielfalt negative Konsequenzen für viele einzelne Komponenten und Prozesse in Ökosystemen hat. Das weltweite Artensterben bedeutet also nicht nur, dass ein Teil des evolutionären Erbes der Erde unwiederbringlich verloren geht und der Mensch seiner Fürsorgepflicht gegenüber anderen Geschöpfen nicht gerecht wird, sondern es hat direkte unangenehme Folgen für den Menschen. Das Artensterben wirkt sich unter anderem auch auf die Stoffkreisläufe aus – und diese nehmen direkten Einfluss auf den Wasserhaushalt, der Quell allen Lebens.
Neuer Sprecher des Jena Experimentes ist Professor Nico Eisenhauer vom deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig. Der Experte von der Universität Leipzig wird das Experiment fortführen, um die Mechanismen, die den Biodiversitätseffekten zugrunde liegen, noch genauer aufzuklären. Zu den Gründungsmitgliedern des Jena Experimentes zählten die Friedrich-Schiller-Universität Jena, wo auch die wissenschaftliche Koordination angesiedelt ist, und das Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. Maßgeblich finanziell unterstützt wurde es von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).
Publikation:
Weisser WW., Roscher C., Meyer S., Ebeling A., Luo G., Allan E., Beßler H., Barnard R., Buchmann N., Buscot F., Engels C., Fischer C., Fischer M., Gessler A., Gleixner G., Halle S., Hildebrandt A., Hillebrand H., Kroon Hd., Lange M., Leimer S., Roux XL., Milcu A., Mommer L., Niklaus P., Oelmann Y., Proulx R., Roy J., Scherber C., Scherer-Lorenzen M., Scheu S., Tscharntke T., Wachendorf M., Wagg C., Weigelt A., Wilcke W., Wirth C., Schulze E-D., Schmid B. and Eisenhauer N.: Biodiversity effects on ecosystem functioning in a 15-year grassland experiment: patterns, mechanisms, and open questions, Basic and Applied Ecology 2017, Nr. 23.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.baae.2017.06.002

Ixodes inopinatus (DZIF/Dobler)

Ixodes inopinatus (DZIF/Dobler)

30.11.2017, Deutsches Zentrum für Infektionsforschung
Neue Zeckenart in Deutschland entdeckt: Überträgt sie Viren?
DZIF-Wissenschaftler in München untersuchen die Ausbreitung der Frühsommer-Meningoenzephalitis – FSME – in Deutschland und stoßen dabei auf einen neuen möglichen Überträger der gefürchteten Hirnhautentzündung: die Zeckenart namens Ixodes inopinatus.
Spricht man über „Neu auftretende Infektionskrankheiten “, denkt man zunächst an Ebola, MERS, Chikungunya- oder Zika-Fieber. Doch auch in Deutschland gibt es gefährliche Zoonosen, von Tieren auf den Menschen übertragene Virus-Infektionen, die sich schnell ausbreiten können. Ein Beispiel ist die Frühsommer-Meningoenzephalitis (FSME), eine virale Hirnhautentzündung, die tödlich enden kann. Diese Infektion tritt in immer neuen Regionen in Deutschland auf und konnte im Jahr 2016 auch erstmalig in den Niederlanden nachgewiesen werden.
Seit mehreren Jahren erforscht eine kleine Gruppe um den Münchner Privatdozenten Dr. Gerhard Dobler am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr die Ausbreitung des FSME-Virus in Deutschland und Mitteleuropa. Erklärtes Ziel des Projekts, das auch vom DZIF unterstützt wird, ist es, die Ausbreitungs-Mechanismen besser zu verstehen und damit auch die Überwachungs- und Kontroll-Maßnahmen gemeinsam mit dem Öffentlichen Gesundheitsdienst zu optimieren.
Zecken als Überträger von Viren?
Seit Jahren haben die Münchner Forscher Vögel im Fokus. Ihre molekularbiologischen Ergebnisse von FSME-Viren aus den unterschiedlichen Regionen Europas zeigen, dass die Viren auf den bekannten Vogelzug-Linien verbreitet werden. Allerdings ist bisher unklar, wie diese Verschleppung der Viren erfolgt: durch infizierte Zecken oder durch eine länger andauernde virale Infektion in den Vögeln selbst. In einem Teilprojekt werden daher an Vögeln und an Vogelrastplätzen Zecken gesammelt, um die dort auftretenden Arten zu bestimmen und damit möglicherweise eingeschleppte neue Zeckenarten und gegebenenfalls FSME-Virusstämme zu entdecken.
Eine neue Zeckenart steht unter Verdacht
Die Untersuchungen in bekannten FSME-Herden in Süddeutschland zeigten, dass eine bisher nur im Mittelmeer-Gebiet beschriebene Art, Ixodes inopinatus, stabile Populationen in Süddeutschland bildet. Die bisher in Deutschland unbekannte Zeckenart wirft eine Reihe von Fragen auf: Kann Ixodes inopinatus in Deutschland vorkommende Krankheitserreger (u.a. das FSME-Virus) übertragen und ist die Einschleppung und Verbreitung dieser Art für die Ausbreitung des FSME-Virus in Mitteleuropa mit verantwortlich? Können dadurch ggf. auch neue, bisher nicht in Deutschland bekannte Erreger übertragen werden? Diese und weitere Fragen beschäftigen die Münchner Forscher und sie arbeiten hier nun eng mit dem Öffentlichen Gesundheitsdienst in Bayern und Baden-Württemberg und anderen universitären Partnern zusammen, um mehr über die (veterinär)medizinische Bedeutung dieser Zeckenart zu erfahren.
Neben dieser neuen Art werden jedoch auch weitere Zeckenarten entdeckt, die bisher nur vereinzelt und teilweise vor vielen Jahren in Deutschland nachgewiesen wurden, seither aber nicht mehr beschrieben wurden. „Die Zeckenfauna ist weitaus vielfältiger als bisher angenommen“, erklärt Dobler. Insbesondere Vogelzeckenarten würden identifiziert, wenn gezielt danach gesucht wird. „Die Bedeutung dieser Verschleppungen über Kontinente hinweg ist bisher nur wenig erforscht und könnte für das Auftreten von neu eingeschleppten, durch Zecken übertragene Erkrankungen von größerer Bedeutung sein als bisher angenommen“, betont der Wissenschaftler.
Älteste Zecke der Welt entdeckt
Und die mittlerweile weltweit anerkannte Expertise der Münchner auf dem Gebiet der Zeckenidentifizierung erbrachte noch ein weiteres aufsehenerregendes wissenschaftliches „Nebenprodukt“: Die Beschreibung der ältesten Zecke der Welt in mehr als 100 Millionen altem Bernstein. Die Identifizierung dieser Zeckenart führte zu einem völlig neuen Verständnis zur Evolution der Zecken.
Publikation
Chitimia-Dobler L, Rieß R, Kahl O, Wölfel S, Dobler G, Nava S, Estrada-Peña A. (2017) Ixodes inopinatus – occurring also outside the Mediterranean region. Ticks Tick Borne Dis (in press), online 9. September 2017. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2017.09.004

01.12.2017, Ludwig-Maximilians-Universität München
Evolution – Am Anfang steht der Schwamm
Welcher Tierstamm der älteste ist, wird derzeit unter Biologen kontrovers diskutiert. Ein internationales Wissenschaftler-Team ist sich sicher: Es war der Schwamm und nicht die Rippenqualle.
Schwamm oder Rippenqualle – wer steht am Anfang der Evolution der Tiere? Dies ist derzeit eine der umstrittensten Fragen der Evolutionsbiologie, die Antwort darauf hat Konsequenzen für die gesamte Evolutionsgeschichte der Tiere. Mehrere Studien zu diesem Thema brachten in den letzten Jahren uneinheitliche Ergebnisse: Einige favorisierten Schwämme, andere die Rippenquallen. Ein Forscherteam um Professor Gert Wörheide (Lehrstuhl für Paläontologie und Geobiologie der LMU) und Professor Davide Pisani (Universität Bristol, Großbritannien) hat nun einige von den bisherigen in Studien verwendeten Datensätzen mit verbesserten Methoden erneut analysiert und kommt zu einem eindeutigen Resultat: Die Schwämme spalteten sich als erste Gruppe vom Stammbaum der Tiere ab. Anderslautende Ergebnisse sind nach Ansicht der Wissenschaftler Artefakte, die auf inadäquaten Analysemethoden beruhen.
Sowohl Schwämme als auch Rippenquallen sind sehr alte Tierstämme, die vor mehr als 600 Millionen Jahren entstanden. Schwämme sind recht einfach gebaute Lebewesen, die weder ein Gehirn noch Organe oder Muskeln besitzen. Die bunt schillernden Rippenquallen dagegen, die sich mithilfe von Zilien durchs Wasser bewegen, sind viel komplexer und besitzen Nerven- und Muskelzellen. „Wenn Rippenquallen den ältesten Tierstamm bilden, müssten diese Errungenschaften entweder schon in einem gemeinsamen Vorfahren angelegt und auf dem evolutiven Weg zum Schwamm wieder verlorengegangen sein, oder sich mehrfach unabhängig voneinander entwickelt haben“, sagt Wörheide. „Dies würde ein ganz neues Licht auf die Entwicklung etwa des Nervensystems oder der Organe werfen. Deshalb ist die korrekte Einordnung in den Stammbaum der Tiere sehr wichtig.“
Um die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Tiergruppen aufzuklären, errechnen Wissenschaftler mithilfe genetischer („phylogenomischer“) Daten einen evolutionären Stammbaum. „Insbesondere zwei wichtige Datensätze, deren Modellierung in früheren Studien Rippenquallen als älteste Tiergruppe ergab, bestehen aus sehr heterogenen genetischen Daten. Wir konnten nun zeigen, dass keines der üblicherweise verwendeten Rechenmodelle solche heterogenen Datensätze adäquat modellieren kann“, sagt Wörheide. Deshalb verwendeten die Wissenschaftler ein Verfahren, mit dem die Daten basierend auf ihren biochemischen Eigenschaften in Gruppen zusammengefasst und dann erst modelliert werden, sodass die Heterogenität des Datensatzes reduziert wird. Mit diesem Verfahren ergaben alle untersuchten Datensätze mit großer Zuverlässigkeit, dass die Schwämme die älteste Tiergruppe sind – auch diejenigen, die mit anderen Methoden die Rippenquallen an den Anfang des Stammbaums stellen. „Unsere Ergebnisse bestätigen die klassischen Annahmen zur Evolution der Tiere und können helfen, die Diskussion über die Ursprünge der Tierwelt zu beenden“, schließt Wörheide.
Publikation:
Improved Modeling of Compositional Heterogeneity Supports Sponges as Sister to All Other Animals
Roberto Feuda, Martin Dohrmann, Walker Pett, Hervé Philippe, Omar Rota-Stabelli, Nicolas Lartillot, Gert Wörheide, and Davide Pisani
Current Biology 2017 https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.11.008
http://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(17)31453-7

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