Umweltstreß beschleunigt Mikroevolution

News: Umweltstreß beschleunigt Mikroevolution

Wer sich anpaßt, der hat bessere Chancen zu überleben und damit auch, sich fortzupflanzen. Dies ist ein Grundsatz der Evolution, der kaum angezweifelt wird. Eine schnelle Evolution aber an bestimmten Tieren nachzuvollziehen, ist eine Gelegenheit, die sich selten ergibt - vor allem, weil die früher existenten Formen ja meist nicht mehr für Untersuchungen zur Verfügung stehen. Deutsche Forscher gingen das Problem nun an: Sie erweckten 'Dauereier' von Planktonkrebsen aus dem Sediment des Bodensees zum Leben. An ihnen konnten sie die Veränderung des Genpools dieser Tiere in rascher Anpassung an veränderte Umweltbedingungen verfolgen.

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Limnologie haben jetzt nachgewiesen, daß sich Populationen von Kleinkrebsen (Daphnien) an Umweltstreß anpassen, indem sich resistentere Genotypen durchsetzen. Nelson G. Hairston jr., Gastforscher von der Cornell University, NY, und Winfried Lampert, Direktor am Max-Planck-Institut, und seine Mitarbeiter haben herausgefunden, daß im Laufe der durch den Menschen verursachten Eutrophierung (Überdüngung) des Bodensees Genotypen von Daphnia angereichert wurden, die weniger empfindlich gegen toxische Cyanobakterien (Blaualgen) waren als üblich. Daphnien spielen eine wichtige Rolle im Ökosystem, da sie einerseits Algen aus dem Wasser filtrieren und andererseits eine wichtige Nahrungsquelle der Fische darstellen.

Das Auftreten von Cyanobakterien, von denen einige toxisch sind, ist ein Problem bei der Eutrophierung von Seen. Im Bodensee zeigten sich in den 60er Jahren erste Symptome einer "Überdüngung" durch Abwassereinleitung. Um 1980 war der Höhepunkt seiner Eutrophierung mit Algen-Massenentwicklungen erreicht; dann begannen die aufwendigen Sanierungsmaßnahmen zu greifen, die den See bis heute wieder in einen guten Zustand gebracht haben. Auch im Bodensee traten Cyanobakterien auf, allerdings nie in solchen Massen, wie in anderen Seen. Doch schon geringe Konzentrationen toxischer Blaualgen beeinträchtigen die filtrierenden Daphnien: Sie wachsen schlecht oder sterben sogar. Die Untersuchungen am Max Planck Institut für Limnologie zeigen aber, daß sich die Tiere rasch an die veränderten Bedingungen anpassen können.

Das Problem, solche Anpassungen im Freiland nachzuweisen, besteht darin, daß man die Genotypen, die vor der Umweltveränderung gelebt haben, im Nachhinein nicht mehr physiologisch untersuchen kann. Das umgingen die Forscher am Max-Planck-Institut für Limnologie mit einem Trick. Daphnien produzieren gelegentlich "Dauereier", die in eine feste Schale eingeschlossen sind und im Sediment des Sees abgelagert werden, wo sie lange überleben können. Der Bodensee hat ein regelmäßiges Sediment, dessen einzelne Schichten sich gut datieren lassen. Sedimentkerne aus dem Bodensee wurden im Labor in Plön in Scheiben geschnitten und daraus Dauereier mit bekanntem Alter isoliert. Es gelang, aus Dauereiern Tiere "wiederzuerwecken", die bis zu 40 Jahre überdauert hatten. Damit standen im Labor Populationen von Daphnien zur Verfügung, die vor der Eutrophierung, während ihres Höhepunkts und danach gelebt hatten. Diesen Tieren mischte man geringe Mengen eines Cyanobakteriums ins Futter, das 1972 aus dem Bodensee isoliert worden war und das Lebergift Microcystin-LR enthält.

Es zeigte sich, daß die Daphnien-Population vor der Eutrophierung eine große genetische Variabilität aufwies, was ihre Empfindlichkeit gegen die toxischen Blaualgen anbelangt. Einige Genotypen wurden durch die Blaualgen stark im Wachstum gehemmt, andere aber nur wenig. Während der Eutrophierung verschwanden die empfindlichen Genotypen, und die resistenteren reicherten sich im See an. Innerhalb eines Jahrzehnts paßte sich die Art an die neuen Bedingungen an. Diese Entdeckung hat grundsätzliche Bedeutung, da sie verständlich macht, wie sich Organismen durch schnelle Mikroevolution an veränderte Umweltbedingungen – etwa im Gefolge einer Klimaänderung – anpassen.

Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine vorwiegend von Bund und Ländern finanzierte Einrichtung der Grundlagenforschung. Sie betreibt rund achtzig Max-Planck-Institute.