Als Koevolution wird die Evolution von Partnern in Abhängigkeit voneinander beschrieben. Möglicherweise kann ein Partner ohne den anderen nicht existieren, wie zum Beispiel Männchen und Weibchen derselben Art. Dennoch können sie widerstreitende Interessen haben, dann löst eine neue Erfindung oder Anpassung des einen Partners eine entgegenwirkende des anderen aus. In der sexuellen Koevolution stehen vielfach die Männchen unter besonders hohem Selektionsdruck – sie produzieren viel mehr Spermien als die Weibchen Eizellen und müssen sich in der gleichgeschlechtlichen Konkurrenz durchsetzen. Daher nahmen Wissenschaftler an, dass die Männchen in der sexuellen Koevolution mit Veränderungen vorpreschen und die Weibchen erst in der Folge mit eigenen Anpassungen reagieren.

Diese Hypothese von den männlich gesteuerten Prozessen haben Karoline Fritzsche, Dr. Nadine Timmermeyer, Mara Wolter und Professor Nico Michiels vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen in Experimenten mit dem Fadenwurm Caenorhabditis remanei überprüft. Zumindest bei den Würmern ließ sich die Hypothese nicht bestätigen. Ganz im Gegenteil: Die Weibchen erwiesen sich als schneller in der Anpassung an die Bedingungen in den Evolutionsexperimenten.

Männchen und Weibchen verfolgen in der Regel verschiedene Ziele bei der Paarung. Männchen produzieren mehr Geschlechtszellen als Weibchen und stehen im Wettbewerb um deren Eizellen. Sie haben Strategien entwickelt, um Mitbewerber auszuschalten und Weibchen zur Paarung zu bewegen. Häufige Paarungen wirken sich jedoch auf die Weibchen negativ aus. „Das ist auch bei den C. remanei-Würmern der Fall, ihre Fitness lässt nach“, bestätigt Nadine Timmermeyer. Durch die Selektion sind die Weibchen bevorzugt, die wirksame Strategien gegen die Manipulationen der Männchen entwickeln.

Um zu testen, welcher Partner ein solches Wettrüsten vorantreibt, haben die Tübinger Wissenschaftler experimentell Evolution erzeugt. Dabei kommt ihnen entgegen, dass die etwa einen Millimeter langen Fadenwürmer unter guten Bedingungen alle drei Tage eine neue Generation hervorbringen. In der ersten Phase des Experiments wurden die Würmer über 20 Generationen hinweg in zwei Gruppen einerseits einer angespannten sexuellen Situation ausgesetzt mit nur einem Weibchen auf fünf Männchen und andererseits einer entspannten Umgebung mit umgekehrtem Geschlechterverhältnis.

Die Konfliktsituationen sollen messbare Änderungen bei den Eigenschaften hervorrufen. In der zweiten Versuchsphase werden die Männchen und Weibchen verschiedener Selektionsvorgaben gekreuzt und die Fitness der verschiedenen Paarungen verglichen. Wenn Koevolution stattgefunden hat, sollten aus der Gruppe mit Weibchen in der Überzahl im Vergleich mit der mehrheitlich männlichen Gruppe weniger resistente Weibchen und weniger konkurrenzstarke, harmlosere Männchen hervorgehen.

„Im Experiment veränderten sich keine der erfassten Eigenschaften der Männchen wie etwa die Größe der Spermien, die Weibchen zeigten dagegen mehrere evolutive Veränderungen“, sagt Nadine Timmermeyer. Beim Paarungsakt verabreicht das Männchen dem Weibchen eine Art Schlafmittel. Die Weibchen, die zuvor einer Männchenüberzahl ausgesetzt waren, überwanden dessen Wirkung schneller. Außerdem erzeugten die Weibchen über ihre Lebenszeit gerechnet mehr Nachwuchs. „In einer sexuellen Konfliktsituation der C. remanei-Würmer evolvieren die weiblichen, nicht jedoch die männlichen Tiere ihre Reproduktionseigenschaften. Die Hypothese lässt sich daher nicht generell bestätigen“, fasst die Wissenschaftlerin die Ergebnisse zusammen.

Originalpublikation:

K. Fritzsche, N. Timmermeyer, M. Wolter and N. K. Michiels: Female, but not male nematodes evolve under experimental sexual co-evolution. Proceedings of the Royal Society B 20140942, DOI: 10.1098/rspb.2014.0942

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-tuebingen.de

Die Ökosysteme des Nahen Ostens beherbergen eine weltweit einzigartige Artenvielfalt, darunter auch die Vorläufer der wichtigsten Nutzpflanzen. Doch die Klimaszenarien gerade für diese Trockengebiete sind alarmierend: In einer Region, in der bereits jetzt pro Kopf besonders wenig Wasser verfügbar ist, werden in Zukunft noch weniger Niederschläge erwartet. Dies könnte die Funktion dieser Ökosysteme sowie das Überleben wichtiger Arten bedrohen.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Professorin Katja Tielbörger vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen hat in Israel Langzeitexperimente durchgeführt, um diese Prognosen zu testen. Über neun Jahre hinweg wurden die artenreichen Pflanzengemeinschaften künstlicher Trockenheit ausgesetzt, wie sie für die Klimaszenarien relevant sind. Auch die Auswirkung von höheren Niederschlägen als üblich untersuchten die Wissenschaftler. Sie wählten vier Ökosysteme entlang eines Trockenheitsgradienten aus, die von extremer Wüste mit 90 Millimetern Jahresniederschlag bis hin zu feucht-mediterranen Bedingungen bei 800 Millimetern Regen im Jahr reichten.

Es zeigte sich, dass entgegen der allgemeinen Annahme die untersuchten Ökosysteme auch nach neun Jahren kaum messbare Reaktionen auf die Niederschlagsmanipulationen zeigten, weder auf neun Jahre Trockenheit noch auf neun Jahre mit erhöhten Niederschlägen. Dies betraf die Artenvielfalt, die Zusammensetzung der Arten, deren Dichte und die Biomasse, welche für die Weidenutzung wichtig ist. „Somit muss die gängige Theorie, dass Trockengebiete besonders empfindlich auf den Klimawandel reagieren, revidiert werden“, sagt Professorin Katja Tielbörger, die Hauptautorin der Studie.

Als Grund für die hohe Resistenz der Systeme machten die Forscher die große natürliche Variabilität der Niederschlagsmengen in der Region aus. Die angesetzten Klimaszenarien – mit einer Abnahme der Niederschläge um etwa 30 Prozent – befänden sich noch innerhalb des natürlichen ‚Wohlfühlbereichs‘ der Pflanzen. Archäologische und biblische Hinweise deuteten darauf hin, dass die Region bereits seit langer Zeit einer hohen Klimavariabilität ausgesetzt sei. Die Ergebnisse legten die Forscherinnen und Forscher in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature Communications vor.

Bei vielen Freilandexperimenten werden die Folgen von Bewässerung und künstlicher Trockenheit für die Pflanzen nur innerhalb der Feldstation mit unbehandelten Kontrollen verglichen. „Wir haben einen neuartigen Forschungsansatz gewählt: Durch die Lage des Experimentes entlang eines natürlichen Trockenheitsgradienten konnten die trockeneren Gebiete dazu dienen, den Einfluss des Klimawandels in der nächst feuchteren Station vorherzusagen“, erklärt die Forscherin.

Solche Vorhersagen beruhten bisher vor allem auf theoretischen Modellen, bei der neuen Studie wurden sie nun erstmals experimentell getestet – mit gegensätzlichem Ausgang als erwartet. „Unsere Studie ist weltweit eines der größten Freilandexperiment dieser Art, sowohl was die Zahl der Untersuchungsgebiete und die lange Untersuchungszeit angeht als auch die enorm hohe Artenzahl, die wir betrachtet haben“, sagt Katja Tielbörger. Die neuen Ergebnisse seien daher besonders verlässlich und belastbar.

Die Studie setzt den vorrangig düsteren Prognosen über die Auswirkungen des Klimawandels eine optimistischere Sichtweise entgegen, selbst wenn diese nur für die untersuchten Systeme gültig sein kann. Die Forscherin betont: „Unsere Ergebnisse sollen natürlich nicht dazu dienen, die Auswirkungen des Klimawandels zu verharmlosen. Sie sind aber entscheidend, um Investitionen für die Anpassung an den Klimawandel an der richtigen Stelle zu tätigen.“ Die Ökosysteme im biblischen Land könnten durch eine Klimaerwärmung weniger gefährdet sein als bisher angenommen.

Originalpublikation:

Katja Tielbörger, Mark.C. Bilton, Johannes Metz, Jaime Kigel, Claus Holzapfel, Edwin Lebrija-Trejos, Irit Konsens, Hadas A. Parag, Marcelo Sternberg: Middle-Eastern plant communities tolerate nine years of drought in a multi-site climate manipulation experiment. Nature Communications, DOI 10.1038/ncomms6102.

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-tuebingen.de

In den südlichen Anden Perus hat ein Archäologenteam unter der Beteiligung von Forschern der Universität Tübingen und dem Senckenberg Center for Human Evolution and Paleoenvironment (HEP) die höchstgelegenen menschlichen Eiszeitsiedlungen der Welt entdeckt. Die Siedlungsplätze liegen etwa 4.500 Meter über dem Meeresspiegel. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass menschliche Behausungen bereits tausend Jahre früher als bisher gedacht in diesen Höhen existierten. Jäger und Sammler haben sich vor rund 12.000 Jahren, im späten Pleistozän, trotz tiefer Temperaturen, hoher Sonneneinstrahlung und niedrigen Sauerstoffwerten in der abgelegenen, baumlosen Landschaft niedergelassen – und das bereits 2.000 Jahre, nachdem die ersten Menschen Südamerika erreichten.

„Das Wissen über die Anpassung der Menschen an extreme Umweltbedingungen ist wichtig, um unsere kulturelle und genetische Leistungsfähigkeit fürs Überleben zu verstehen“, so das Forscherteam, das von Dr. Kurt Rademaker von der University of Maine geleitet wird, in der Fachzeitschrift Science. Rademaker ist zurzeit Gastwissenschaftler am Institut für Ur- und Frühgeschichte der Universität Tübingen im Rahmen des Programms „Teach at Tübingen“. Kurt Rademaker hat außerdem in diesem Jahr den Tübinger Förderpreis für Ältere Urgeschichte und Quartärökologie erhalten. Zusammen mit Christopher Miller, Juniorprofessor für Geoarchäologie am Institut für Naturwissenschaftliche Archäologie der Universität Tübingen und Mitglied des HEP, hat er die zwei neu entdeckten archäologischen Fundplätze im Pucuncho-Becken in den peruanischen Anden untersucht.

Einer der Fundplätze, als Pucuncho bezeichnet, liegt auf 4.355 Metern Höhe. Dort wurden 260 Steinwerkzeuge entdeckt, darunter bis zu 12.800 Jahre alte Geschossspitzen. Der zweite Fundplatz, der Cuncaicha-Felsen auf 4.480 Metern Höhe, barg gut erhaltene und sicher zu datierende Objekte, die vor bis zu 12.400 Jahren genutzt wurden. Der Felsüberhang, der Aussicht auf Feuchtgebiete und Wiesen bietet, hat rußgeschwärzte Decken und enthält künstlerische Felsdarstellungen. Er wurde vermutlich als Lagerstelle genutzt.

Christopher Miller analysierte Dünnschliffe von den Sedimenten dieses Felsüberhangs und identifizierte mikroskopisch kleine Aschereste, die von den Feuern der frühesten Höhlenbewohner stammten. „Diese Asche entstand vermutlich bei der Verbrennung von den dort vorkommenden Polsterpflanzen, die bis heute von den Einheimischen zu diesem Zweck genutzt werden“, sagt Miller. „Dieser Nachweis belegt die bemerkenswerten Fähigkeiten der frühen Andenbewohner, in einer extrem rauen Umgebung zu überleben.“ Die meisten Steinwerkzeuge von der Cuncaicha-Fundstelle waren aus dem vor Ort vorhandenen Obsidian, Andesit oder Jaspis gefertigt. Den Wissenschaftlern zufolge weisen die Werkzeuge auf Jagd und Schlachtung hin, was plausibel erscheint, da es auf dem Plateau sonst kaum Ernährungsmöglichkeiten gab. Knochen am Fundplatz lassen auf die Jagd von Vikunjas und Guanakos, beide aus der Familie der Kamele, sowie Andenhirschen schließen.

Das Pucuncho-Becken war eine hochgelegene Oase für spezialisierte Jäger, vor allem auf Vikunjas. Später könnten dort Herden domestizierter Alpakas und Lamas gehalten worden sein, so die Wissenschaftler. Die Gegend war für die ganzjährige Besiedlung geeignet, doch dürften die Menschen von Stürmen in der feuchten Jahreszeit, der Sorge vor Unterkühlung, zum Sammeln essbarer Pflanzen und dem Bedürfnis nach Gesellschaft regelmäßig zum Abstieg in geringere Höhen getrieben worden sein. Auf solche Ausflüge deuten Steinwerkzeuge und Überreste von Steinabschlägen unter den Funden hin, die von ortsfremden, feinkörnigen Felssteinen stammen. Die Plateaubewohner müssen sie aus dem Geröll tiefer gelegener Flüsse mitgebracht haben.

Es ist unklar, ob die Siedlung in großer Höhe den Menschen bestimmte genetische Anpassungen oder spezielle Fähigkeiten zur Anpassung an die Umwelt abverlangte. Der Nachweis der frühen menschlichen Siedlungen in großer Höhe könnte auch bedeuten, dass die späteiszeitlichen Gebiete in den Anden gemäßigter waren als bisher gedacht und die Menschen im Pleistozän größere physiologische Fähigkeiten mitbrachten, als man ihnen bisher zugetraut hatte.

„Die neu entdeckten Fundplätze im Pucuncho-Becken legen nahe, dass die Menschen im Pleistozän erfolgreich in großen Höhen lebten“, schreiben die Wissenschaftler. „Wir müssen vergleichende genetische, physiologische und archäologische Forschungen heranziehen, um zu verstehen, wann und wie sich die nötigen Anpassungen entwickelt haben.“

Originalpublikation:

Kurt Rademaker, Gregory Hodgins, Katherine Moore, Sonia Zarrillo, Christopher Miller, Gordon R. M. Bromley, Peter Leach, David A. Reid, Willy Yépez Álvarez, Daniel H. Sandweiss: New World Archaeology – Paleoindian settlement of the high-altitude Peruvian Andes. Science, 24. Oktober 2014, DOI: 10.1126/science1258260.

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-tuebingen.de

Die Hawaiianischen Inseln entstanden vor wenigen Millionen Jahren durch Vulkanismus in extrem isolierter Lage inmitten des Pazifiks. Sie weisen eine reiche Flora und Fauna mit zahlreichen endemischen Arten auf, also Arten, die ausschließlich auf diesen Inseln vorkommen: Diese stellt Dr. Wolfgang Herter vom Institut für Naturschutzfachplanungen Jungingen (Unternehmen INA Südwest) in einem Vortrag im Botanischen Garten der Universität Tübingen vor, der am 2. November 2014 um 11 Uhr (Großer Hörsaal N10, Auf der Morgenstelle 3) stattfindet.

Das Spektrum der Lebensräume auf Hawaii reicht von der Küstenzone bis in alpine Lagen über 4.000 Meter Höhe und von wüstenartigen Landstrichen bis zum Regenwald mit dem niederschlagsreichsten Platz der Erde. Spektakulär sind aktive wie ruhende Vulkane. Herter zeigt neben der reichen Diversität der Pflanzenwelt auch Prozesse der Evolution, mit charakteristischen Beispielen, wie sich Arten an unterschiedlichste Lebensräume anpassen. Heute sind auch auf Hawaii viele einheimische Arten durch von Menschen eingeschleppte Arten verdrängt oder bereits ausgestorben. In Nationalparks und anderen Schutzgebieten wird versucht, den nach wie vor bestehenden Gefährdungen zu begegnen.

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