Dr. Niloofar Alaei Kakhki

Hybridzonen sind definiert als Gebiete, in denen genetisch differenzierte Gruppen von Individuen aufeinandertreffen, sich paaren und Nachkommen mit gemischter Abstammung produzieren. Seit Jahrzehnten werden Hybridzonen als natürliche Labore betrachtet, die direkte Einblicke in die Merkmale und Gene bieten können, die den Barrieren des Genflusses zwischen entstehenden Arten zugrunde liegen. Dennoch haben wir immer noch ein unzureichendes Verständnis davon, welche genomischen Regionen solche initialen Stadien der reproduktiven Isolation unterliegen und ob die Stärke der Selektion, die mit diesen Mechanismen verbunden ist, den Genfluss im Laufe der Zeit effektiv reduzieren und somit die Artbildung erleichtern kann. Um diese seit lange bestehendenFragen zu beantworten, ist es erforderlich, Hybridzonen zu untersuchen, in denen Merkmale, die mit reproduktiver Isolation verbunden sind, gemessen werden können, und in denen Probenahmen über mehrere Generationen verfügbar sind. Hier befassen wir uns mit diesen Fragen anhand der Hybridzone zwischen zwei Ammern - der Kappenammer Emberiza melanocephala und der Braunkopfammer E. bruniceps - wo aufgrund der Assoziation zwischen männlichem Signal (wie Gefieder) und weiblicher Präferenz Verhaltensisolation vermutet wird. Durch die Kombination von Methoden zur Sequenzierung des gesamten Genoms mit genotypischen und phänotypischen Studien von Museumssammlungen der Hybridzone, die die letzten ~25 Generationen abdecken, werden wir folgende Fragen untersuchen:

1. Wie heterogen ist die genomische Landschaft bezogen auf die Differenzierung?
2. Welche genomischen Regionen sind mit den Gefiedermerkmalen assoziiert?
3. Wie wird die Selektion in diesen Regionen unter Genfluss im Laufe der Zeit lokale genetische Differenzierung erhalten?

Die Beantwortung dieser Fragen in der Hybridzone der Ammern wird allgemeine Einblicke geben, wie Farbmerkmale, die an der reproduktiven Isolation beteiligt sind, sich entwickeln, und wie sie zur Aufrechterhaltung der Artenabgrenzung in frühen Stadien der Artbildung beitragen. Darüber hinaus wird dieses Forschungsprogramm einen übertragbaren Rahmen bieten, um zu zeigen, wie Museumssammlungen einzigartige Einblicke in die Rolle von Hybridisierung über die Zeit bieten. Einblicke, die oft allein aus rezenten Populationen nicht gewonnen werden können.

In Zusammenarbeit mit Dr. Ricardo Pereira im Haus und Dr. Reto burri vom Schweizerische Vogelwarte Sempach und Prof. Dr. Holger Schielzeth vom Friedrich-Schiller-Universität Jena

Einblicke in die Prozesse, die der konvergenten Evolution zugrunde liegen, fördern unser Verständnis für den Beitrag von ancestralen, introgressiven und neuartigen genetischen Variationen zur phänotypischen Evolution. Phylogenomische Analysen zur Charakterisierung der Heterogenität von genombreiten Genbaumstrukturen können erste Hinweise auf das Ausmaß der ILS (Incomplete Lineage Sorting) und der Introgression geben und somit auf das Potenzial dieser Prozesse oder (falls nicht vorhanden) die Notwendigkeit hinweisen, neuartige Mutationen als Grundlage für konvergente Evolution anzunehmen. In diesem Zusammenhang interessierten wir uns dafür, die an der konvergenten Evolution beteiligten Prozesse bei Chats in offenen Habitaten zu verstehen (Steinschmätzer der Gattung Oenanthe und deren Verwandte).

In Zusammenarbeit mit Dr. Reto burri vom Schweizerische Vogelwarte Sempach

Theoretische Arbeiten sagen voraus, dass während einer Arteninvasion Gene einer heimischen Art oft in das Genom der invasiven Art gelangen, was möglicherweise ihre Anpassung an lokale Umweltbedingungen erleichtert. Eine solche asymmetrische Introgression wurde in verschiedenen Taxa wie Pflanzen, Fischen und sogar Menschen bestätigt. Es ist noch unklar, ob Introgression selektiv adaptiv ist und die Invasivität fördert oder ob sie neutral ist und die demografische Geschichte widerspiegelt. Wir liefern Einblicke in diese Frage, indem wir die Divergenz und den Genaustausch von Arion-Schnecken studieren. Innerhalb der letzten 100 Jahre, wahrscheinlich begünstigt durch Veränderungen im Klima und in der Landnutzung, breitete sich die Schneckenart Arion vulgaris von Südwestfrankreich auf ganz Europa und kürzlich auch nach Nordamerika aus, wo sie zu einer bedeutenden Plage in der Landwirtschaft wurde. In diesem Prozess hybridisierte diese invasive Art mit mehreren einheimischen Schneckenarten, was zu ihrer Zerstörung in den meisten Teilen ihres Verbreitungsgebiets führte. Wir verwenden genomische Methoden, um zu verstehen: 1) wie sich Arten in der Vergangenheit voneinander unterscheiden, 2) ob die demografische Geschichte der Invasion zu Introgression führte, und 3) ob es eine Signatur für adaptiven Genaustausch in lokal adaptiven Genen gibt.

In Zusammenarbeit mit Dr. Ricardo Pereira & Dr. Ira Richling im Haus und Dr. Heike Reise und John M. C. Hutchinson vom Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz