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Biologe der Universität Bielefeld veröffentlicht Langzeitstudie in Nature

Wissenschaftler der Universität Bielefeld und des British Antarctic Survey (BAS) in Cambridge (England) haben herausgefunden, wie der Klimawandel eine Population von antarktischen Seebären beeinflusst. In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Nature“ zeigen die Forscher, dass der Klimawandel zu einer Verknappung der Nahrung geführt hat und somit einen erheblichen Einfluss auf die Genetik und den Bestand der Seebären ausübt: Die erschwerten Umweltbedingungen haben dazu geführt, dass fast ausschließlich diejenigen Weibchen überleben und sich fortpflanzen, die eine hohe genetische Vielfältigkeit aufweisen. Durch den Verlust der übrigen Tiere ist die Populationsgröße stark zurückgegangen.

Forscher aus Bielefeld und Cambridge untersuchten in einer Studie das Leben und Überleben von Seebären in Südgeorgien. Foto: Oliver Krüger

Die Ergebnisse beruhen auf einer Langzeitstudie zu Größe, Gewicht, Jungenanzahl und genetischer Vielfalt der Seebären auf der antarktischen Insel Südgeorgien. Das BAS ermöglichte es den Forschern zu erkunden, wie sich die Lebensläufe der Tiere im Laufe der Zeit und abhängig von Klima und Nahrungsverfügbarkeit gewandelt haben. Um die Veränderungen beurteilen zu können, analysierten Dr. Jaume Forcada (BAS) und der Bielefelder Biologe Dr. Joe Hoffman Daten, die bis in das Jahr 1981 zurückreichen.

Forcada, Erstautor der nun erschienenen Studie, erklärt: „Weibliche Seebären werden heutzutage mit einem niedrigeren Gewicht geboren als noch vor 20 Jahren. Diejenigen, die überleben und sich paaren, sind tendenziell größer und bekommen ihr erstes Junges später im Leben. Solche Veränderungen werden typischerweise mit Nahrungsstress in Verbindung gebracht.“ Der Wissenschaftler erläutert wie es zu dieser Reduktion des Nahrungsangebots gekommen ist: „Eine wichtige Nahrungsquelle für die Seebären ist antarktischer Krill. Die Daten, die über Jahrzehnte auf Südgeorgien gesammelt wurden, zeigen, dass Veränderungen der Seebärenzahlen mit denen des Krillbestandes einhergehen. Auch wenn Krill insgesamt sehr häufig ist, wird seine Verfügbarkeit in den Jagdrevieren der Seebären durch ökologische Schwankungen bestimmt. Derartige Umweltveränderungen werden durch das Klima beeinflusst, insbesondere durch die lokale Witterung, die Ausdehnung des Meereises und ozeanografische Bedingungen. Ungünstige Klimabedingungen werden typischerweise mit einem geringen Vorkommen von Krill in Verbindung gebracht, wodurch sich der Überlebens- und Paarungserfolg der Seebären verringert.“ Krill sind garnelenartige Krebstiere, die zu Plankton zählen.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Weibchen, die bis zur Mutterschaft überleben, eher heterozygot waren. Heterozygot meint mischerbig, genauer: Individuen, deren Eltern sich genetisch stärker voneinander unterscheiden, erben für viele Merkmale unterschiedliche Varianten desselben Gens, eine von der Mutter, die andere vom Vater. Ein heterozygotes Individuum ist somit genetisch variabler als eines, das homozygot ist. Bei vielen Arten wird Heterozygotie mit besseren Überlebens- und Fortpflanzungschancen in Verbindung gebracht. Heterozygote Seebärenweibchen haben eine größere Wahrscheinlichkeit zu überleben und Junge zu bekommen, aber ihre Jungen haben diesen Vorteil nur, wenn sie selbst heterozygot sind. Heterozygotie wird jedoch nicht vererbt: Ob ein Seebären-Junges heterozygot oder homozygot ist, hängt davon ab, mit welchem Männchen sich ein Weibchen paart, ist also stark vom Zufall geprägt. Das bedeutet, dass viele Seebären geboren werden, die wenig heterozygot und deshalb schlechter in der Lage sind, mit der sich wandelnden Umwelt zurechtzukommen.

„Wir haben herausgefunden, dass Seebärenmütter im Durchschnitt heterozygoter sind als noch vor 20 Jahren. Das liegt daran, dass die heterozygoten Tiere eine größere Chance haben, trotz der veränderten Umweltbedingungen zu überleben. Starke natürliche Selektion durch Umwelteinflüsse kann zu schneller Evolution von Anpassungen führen. Allerdings scheint die Evolution der Seebären insofern begrenzt zu sein, als dass überlebende Weibchen ihre Heterozygotie nicht an ihre Nachkommen weitergeben“, erläutert Joe Hoffman, Co-Autor der Studie, von der Universität Bielefeld. „Deshalb muss mit jeder neuen Generation der Selektionsprozess komplett neu beginnen und nur jene Individuen, die zufällig heterozygot geboren wurden, haben eine gute Chance zu überleben. Da sich das Klima weiterhin wandelt, erreichen nur wenige Seebären-Junge das Erwachsenenalter, sodass der Bestand rückläufig ist.“

Der Klimawandel verändert den umweltbedingten Selektionsdruck auf viele Tier- und Pflanzenarten, und Forscher wissen noch nicht, wie unterschiedliche Populationen auf die neuen Umweltbedingungen reagieren werden. Veränderungen in einer Art können außerdem Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem haben. Die Studie von Forcada und Hoffman zeigt, wie wichtig Langzeitstudien sind, um die Wechselwirkungen innerhalb eines Systems zu verstehen und seine Reaktion auf den globalen Klimawandel vorhersagen zu können. Die verringerte Verfügbarkeit von Krill in den Jagdgründen der Seebären-Population von Südgeorgien hat die natürliche Selektion auf die Raubtiere verstärkt, die aber bisher nicht in der Lage sind, sich hieran anzupassen.

Die genetische Studie wurde unterstützt von einer Marie Curie-Maßnahme des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms sowie eines Stipendiums der Deutschen Forschungsgemeinschaft, verliehen an Joseph Hoffman.

Originalveröffentlichung:
Jaume Forcada, Joseph Ivan Hoffman, Climate change selects for heterozygosity in a declining fur seal population, Nature, http://dx.doi.org/10.1038/nature13542, erschienen am 24. Juli 2014.